【核心素养】5.3无机非金属材料课件（共47张PPT） 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共47张PPT)
第三节 无机非金属材料
学习目标 素养目标
1.通过阅读和讨论,了解陶瓷、玻璃、水泥等 传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用 途,知道普通玻璃的主要成分,感受传统硅酸盐 材料在城乡建设中发挥的重要作用。 2.通过学习,了解晶体硅、二氧化硅、新型陶 瓷、碳纳米材料的性能和用途,感受新型无机 非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所 发挥的重要作用,激发学生学习化学的兴趣 【科学态度与社会责任】
通过传统硅酸盐材料在人
类日常生活中的广泛应
用，及新型无机非金属材
料在信息、能源等领域的
应用，理解化学学科对新
材料研发的重要作用，体
会化学学科对社会进步的
价值
学习任务一 硅酸盐材料
学习任务二 新型无机非金属材料
学习任务一 硅酸盐材料
【新知自主预习】
1.硅酸盐的结构和性质
（1）硅酸盐的结构
在硅酸盐中，和 构成了硅氧________（结构如图所
示）,在中心,在四面体的4个顶角;每个 周围结合
___个,每个周围有___个 。
四面体
4
2
（2）硅酸盐的性质
硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度____、
难溶于水、耐______、耐腐蚀等特点。
高
高温
2.传统硅酸盐材料
（1）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。
（2）常见硅酸盐材料比较
硅酸盐 产品 主要原料 主要设 备 主要成分 主要用途
陶瓷 ______ — — 生产建筑材料、绝缘材
料、日用器皿、卫生洁
具等
黏土
硅酸盐 产品 主要原料 主要设 备 主要成分 主要用途
玻璃 ______、 石灰石和 ________ 玻璃窑 _________、 _______和 生产建筑材料、光学仪器
和各种器皿，制造玻璃纤
维用于高强度复合材料等
水泥 ______和 石灰石 _______ _______ — 用于建筑和水利工程
纯碱
石英砂
黏土
水泥回转窑
（3）玻璃生产中的两个重要反应：
________________________________、
_______________________________。
续表
【情境问题思考】
我国具有悠久的陶瓷制造历史，至唐宋时期，我国的陶瓷制品
已经享誉海内外。现在，生产中采用不同的原料和工艺，可以制得
多种具有不同性能和用途的玻璃，并制成各种玻璃制品。
问题一： 制造陶瓷的主要原料是什么？陶瓷具有哪些优良性能？
提示：制造陶瓷的主要原料是黏土（主要成分是含水的铝硅酸盐）；
陶瓷具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等性能。
问题二： 普通玻璃的主要成分是什么？制造普通玻璃的主要原料有
哪些？对比普通玻璃的成分及原料，推测高温下制造玻璃的过程中
发生的反应。
提示：普通玻璃的主要成分是、和 ；制造普通玻
璃的主要原料有纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是 ；
、
。
【核心知识讲解】
1.传统硅酸盐材料的性能及主要用途
分类 性能 主要用途
陶瓷 硬度高、耐腐蚀、耐高温 建筑材料、绝缘材料、日用器
皿、卫生洁具等
玻璃 透光性好、硬度大、无固定 熔点 建筑材料、各种器皿、光学仪器
等
水泥 遇水逐渐变硬、硬化后性质 稳定 大量用于建筑和水利工程
2.硅酸钠 的性质
（1） 的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，
可以用作黏合剂和防火剂。
（2）溶液中通入，析出 胶状沉淀：
，据此可得出酸性：
。
【知识迁移应用】
例1 [2024·河南洛阳期末] 《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地
二尺余，择取无沙黏土而为之……凡坯既成，干燥之后则堆积窑中，
燃薪举火……浇水转釉，与造砖同法。”其中“浇水转釉”为古代烧制
青砖和青瓦的措施，下列说法错误的是( )
A.沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B.“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理和化学变化
C.烧制后自然冷却可能制不成青瓦
D.黏土是制作砖、瓦和陶瓷的主要原料
√
[解析] 沙子的主要成分是二氧化硅，而不是硅酸盐，A错误；
黏土烧制过程中发生了复杂的物理和化学变化，B正确；
烧制后浇水冷却成青瓦，自然冷却制不成青瓦，C正确；
黏土可用来制作砖、瓦和陶瓷，D正确。
例2 下列关于硅酸盐的叙述中正确的是( )
①大部分硅酸盐难溶于水
②硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分
③可溶性硅酸盐中最常见的是 ，它的水溶液俗称水玻璃
④硅酸盐是由氧化物组成的一类盐，能够稳定存在
A.①④ B.①②③ C.②③④ D.①③④
[解析] 硅元素在地壳中的含量居第二位，主要以硅酸盐的形式稳定
存在，是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，通常以氧化物形
式表示，但不是由氧化物组成的，只有少数硅酸盐可溶于水，如
，其水溶液俗称水玻璃。
√
学习任务二 新型无机非金属材料
【新知自主预习】
一、硅和二氧化硅
1.硅元素的“位—构—性”
三
ⅣA
4
2.存在形式
硅元素在自然界主要以________（如地壳中的大多数矿物）和氧化
物（如水晶、玛瑙）的形式存在。石英、水晶、玛瑙、光导纤维的
主要成分均是_____。
硅酸盐
3.粗硅制备
工业上用焦炭还原石英砂制备粗硅： 。
4.用途
高纯硅用作半导体材料,如硅芯片及光电池的主要原料。纯净的
是现代光学仪器的基本材料,还可以用于生产__________。
光导纤维
二、其他新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
光学、热学、电学、磁学
砂纸和砂轮的磨料
2.碳纳米材料
碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米
管、石墨烯等。
碳纳米 材料 结构及性能 主要用途
富勒烯 由________构成的一系列笼形分子的总 称，其中 是富勒烯的代表物 —
碳纳 米管 可看成是由______片层卷成的管状物，具 有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积 ____，有相当高的强度和优良的电学性能 可用于生产复合材
料、电池和传感
器等
石墨烯 只有一个____原子直径厚度的单层石墨， 其独特的结构使其电阻率____、热导率 ____，具有很高的强度 在光电器件、超级
电容器、电池和复
合材料等方面的应
用不断深入
碳原子
石墨
大
碳
低
高
【情境问题思考】
光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，
能有效提高通信效率。我国的 技术在全球处于领先地位，朝着综
合化、智能化方向发展。
问题一： 工业上用焦炭和石英砂在高温下制备粗硅时，为什么要隔
绝空气？写出工业上制备粗硅的化学方程式。
提示:因为高温下焦炭、粗硅均与空气中的 发生反应，故制取粗硅
时要隔绝空气，工业制取粗硅的化学方程式为
。
问题二： 高纯度硅晶片是生产芯片的基础材料,工业上是如何制备高
纯硅的
提示:工业上以石英砂为原料,在高温下利用焦炭还原,先制得粗硅,再
以粗硅为原料,利用、 进行提纯,获得高纯硅。
问题三： 利用光导纤维传输信号是利用了其导电性吗？光导纤维遇
强碱溶液会“断路”，试从物质类别角度分析其原因是什么？
提示: 不具有导电性，利用光导纤维传输信号是利用了其对光的
全反射现象； 是酸性氧化物，可与强碱溶液反应生成硅酸盐和
水，导致光导纤维出现“断路”。
【核心知识讲解】
1.硅和二氧化硅的化学性质
（1）硅的化学性质
①与氢氟酸反应
化学方程式为 。
②与 溶液反应
化学方程式为 。
③与 反应
化学方程式为 。
（2）二氧化硅的化学性质
①稳定性:不与水、一般的酸反应,但能与氢氟酸反应,化学方程式为
。
②具有酸性氧化物的性质
ⅰ.与反应: 。
ⅱ.与溶液反应: 。
［注意］是酸性氧化物，能与多种强碱（如、 等）溶
液反应，与酸的反应中， 只能与氢氟酸反应，不与其他酸反应。
2.工业制备高纯硅的方法
工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅通
过化学方法提纯，得到高纯硅。
【知识迁移应用】
例3 [2024·浙江余姚中学检测] 下列有关无机非金属材料的事实与解释
相符的是 (　)
√
选项 事实 解释
A 　超导陶瓷具有超导性 　超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零
B 　氢氟酸可用于刻蚀玻璃 　SiO2是两性氧化物
C 　碳纳米管可用于生产复合材料、电池等 　碳纳米管是新型有机材料
D 　用硅酸钠溶液浸泡过的棉花不易燃烧 　硅酸钠的水溶液俗称水玻璃
[解析] 超导性指物体在某一临界温度下电阻为零,A正确;
SiO2和HF反应生成SiF4气体和H2O,用于刻蚀玻璃,但该反应是SiO2的
特性,SiO2与盐酸、硫酸等均不反应,故SiO2不是两性氧化物,B错误;
碳纳米管是新型无机非金属材料,C错误;
用硅酸钠溶液浸泡过的棉花不易燃烧,故硅酸钠溶液可作防火剂,与俗
称无关,D错误。
例4 高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，
它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它的制备方法如图所
示，下列说法正确的是( )
A.步骤①的化学方程式为
B.步骤①②③中每生成或反应，转移 电子
C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D.单晶硅是电子工业中重要的半导体材料，也能用于制作太阳能电池
√
[解析] 碳在高温下还原二氧化硅,生成硅和一氧化碳,化学方程式为
,故A错误;
步骤①中每生成 转移 电子,故B错误;
二氧化硅和硅都可以与氢氟酸反应,故C错误;
单晶硅是电子工业中重要的半导体材料,也能用于制作太阳能电池,故D
正确。
1.[2024·广东肇庆期末] 我国的酒文化源远流长，以下酒杯文物中主
要由硅酸盐材料制成的是( )
_____________________________ ________________________________________________________ ________________ _________________________
A.战国水晶杯 B.兽首玛瑙杯 C.黑陶高足杯 D.朱碧山银槎杯
[解析] 水晶、玛瑙的主要成分是 ，不属于硅酸盐材料，A、B错误；
黑陶是陶瓷的一种，属于传统硅酸盐材料，C正确；
银槎杯主要由单质银制成，属于金属材料，D错误。
√
2.[2024·广州天河外国语学校期末]“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色
来”赞誉了越窑秘色青瓷，描绘了我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、
水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是( )
A.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
D.石英砂的主要成分为硅酸盐
√
[解析] 硅酸盐制品一般具有性质稳定、熔点较高的特点，A正确；
水泥的主要原料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石和石英砂是制造普
通玻璃的原料，B错误；
陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻
璃，C错误；
石英砂的主要成分为二氧化硅，不是硅酸盐，D错误。
3.科技发展改变生活，近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、
生命科学大放异彩。下列说法不正确的是( )
A.“神舟飞船”航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作，碳纤维
属于新型无机非金属材料
B.世界首款异构融合类脑芯片——“天机芯”的主要材料与光导纤维
的不同
C.“长征五号遥五”运载火箭中使用的氮化铝陶瓷，属于新型硅酸盐材料
D.量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体
√
[解析] 碳纤维是指含碳量在 以上的高强度、高模量纤维，碳纤
维材料属于新型无机非金属材料，A正确；
异构融合类脑芯片——“天机芯”的主要材料是，光导纤维的主要材料
为 ，B正确；
氮化铝陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损等优点，属于
新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，C错误；
量子通信材料螺旋碳纳米管为碳单质，石墨烯也为碳单质，两者是同
种元素的不同单质，故两者互为同素异形体，D正确。
4.[2024·河南郑州十校联考]从物质类别、元素化合价、物质所含元
素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。下
列说法正确的是( )
A.自然界中存在游离态的硅
B.中硅元素的化合价为 价，具有氧化性，能发生反应
C. 属于两性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，也能与氢氟酸反应
D.属于弱酸，可由反应 制得
√
[解析] 硅元素的非金属性弱于碳元素，但是自然界中无游离态的
硅，均以 或硅酸盐的形式存在，A错误；
在反应 中，硅元素由 价变为0价，则二氧
化硅是氧化剂，B正确；
能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，但 不是两性氧化物，因为
与氢氟酸反应生成的是与水， 不是盐类，C错误；
二氧化硅不能溶于水且不与水反应，不能直接制备硅酸，D错误。
5.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅,三氯甲硅烷 还原
法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:
石英砂粗硅（粗）（纯） 高
纯硅
①写出由纯 制备高纯硅的化学方程式:
___________________________。
[解析] 还原可制备 ,化学方程式为
。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。 遇水剧烈反应生成
、 和另一种物质,写出这一过程的化学方程式:___________
__________________________________________________________。
还原过程中若混入 ,可能引起的后果是_____________
_______。
发生爆炸、产品不纯
[解析] 与剧烈反应生成、和;用还原
过程中若混入,则高温下与 反应发生爆炸、硅被氧化导致产品
不纯。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是______（填字母）。
A.碳化硅化学性质稳定,可用于砂纸、砂轮的磨料
B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
[解析] 碳化硅的熔点高、性质稳定,可用于砂纸、砂轮的磨料,A项正确;
氮化硅的熔点高、硬度大,可用于制作高温陶瓷和轴承,B项正确;
光导纤维的主要成分为,C项正确;
普通玻璃是由石英砂 、石灰石、纯碱在高温下反应产生的,玻璃
是混合物,没有固定的熔点,D项不正确。
√
√
√
1.下列有关说法错误的是( )
A.硅在地壳中的含量仅次于氧
B.二氧化硅是酸性氧化物，溶于水可生成硅酸
C.玛瑙、水晶的主要成分都是
D. 是生产光导纤维的主要材料
[解析] 硅元素在地壳中的含量居第二位，硅在地壳中的含量仅次于
氧，故A正确；
二氧化硅是酸性氧化物，且二氧化硅不溶于水，二氧
化硅和水不反应，故B错误；
√
1.下列有关说法错误的是( )
A.硅在地壳中的含量仅次于氧
B.二氧化硅是酸性氧化物，溶于水可生成硅酸
C.玛瑙、水晶的主要成分都是
D. 是生产光导纤维的主要材料
玛瑙、水晶的主要成分都是 ，故C正确；
是生产光导纤维的主要材料，故D正确。
√
2.下列说法正确的是( )
A.陶瓷是一种常见硅酸盐材料，可以用陶瓷坩埚熔融纯碱
B. 在自然界以游离态存在
C.溶液可与 反应
D. 属于酸性氧化物，不与任何酸反应
[解析] 陶瓷坩埚含有 ，二氧化硅能和纯碱反应，不能用陶瓷坩
埚熔融纯碱，故A错误；
自然界中没有游离态，故B错误；
溶液可与反应生成碳酸钠和硅酸，故C正确；
与氢氟酸反应生成 气体和水，故D错误。
√
3.下列说法正确的是( )
A.氢氟酸具有强酸性，可用于雕刻玻璃
B.在粗硅的制取中发生反应： ，硅被还原，所
以碳的还原性大于硅的还原性
C.高温时能跟反应放出 ，所以硅酸的酸性比碳酸强
D.氨气不能用无水干燥， 能用浓硫酸干燥
√
[解析] 氢氟酸是弱酸，能与二氧化硅反应，所以氢氟酸用于雕刻玻
璃，故A错误；
由可知，因为生成的 离开反应体系，致使
该反应能够进行，故不能比较碳、硅的还原性，故B错误；
常温下，硅酸钠与二氧化碳反应生成硅酸，所以硅酸的酸性
比碳酸弱，故C错误；
氨气和氯化钙结合生成络合物，不能用无水干燥， 能用酸性
干燥剂浓硫酸干燥，故D正确。
4.[2024·福建南平联考]科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高
纯硅的工艺流程如图所示：
容器Ⅰ中进行的反应①为（粗） ；容
器Ⅱ中进行的反应②为（纯） 。下
列说法正确的是( )
A.高纯硅可用作光导纤维和太阳能电池
B.粗硅的制法：（粗硅）
C.反应①和②互为可逆反应
D.该工艺流程的优点是和 可循环使用
√
[解析] 从流程图中可以看出，容器Ⅰ中，（粗）与 反应，生成
和；容器Ⅱ中，与反应，生成（纯）和；
和 可以循环使用。制作光导纤维的是二氧化硅，A错误；
粗硅提纯的第一步就是在电炉中用C与二氧化硅反应，置换出粗硅和
（粗硅） ，B错误；
反应①与反应②对应的反应温度不一致，因此二者不是可逆反应，C错
误；
由分析可知，和 可循环使用，D正确。