《学霸笔记·同步精讲》第5章 化工生产中的重要非金属元素 第3节　无机非金属材料（课件）高中化学人教版必修二

(共26张PPT)
第三节　无机非金属材料
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课 标 定 位
1.结合真实情境中的应用实例,了解传统的硅酸盐材料和新型无机非金属材料的性质。
2.结合真实情境中的应用实例,认识无机非金属材料在生产中的应用。
素 养 阐 释
从物质类别角度认识物质性质,形成变化观念、科学态度与社会责任的学科核心素养。
自主预习·新知导学
一、硅酸盐材料
1.陶瓷。
(1)陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成的。
(2)陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。广泛应用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
2.玻璃。
(1)普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
(2)普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制成的。
(3)玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
3.水泥。
(1)以黏土和石灰石为主要原料,与其他辅料过混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧,发生复杂的物理和化学变化,加入适量石膏调节水泥硬化速率,再磨成细粉就能得到普通水泥。
(2)水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程。
【自主思考】 生产陶瓷、玻璃和水泥的原料及生产条件有何共同特点
提示:都要用含硅物质为原料,生产时都需要高温。
二、新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅。
(1)新型无机非金属材料有一些是高纯度的含硅元素的材料,如单晶硅、二氧化硅等,具有特殊的电学和光学性能,是现代信息技术的基础材料。
(2)硅是应用最为广泛的半导体材料,在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在;以石英砂为原料制取粗硅的化学方程式是
SiO2+2C Si+2CO↑。
(3)二氧化硅可以用来生产光导纤维,其化学式为SiO2,属于酸性氧化物,其与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH══Na2SiO3+H2O。
2.新型陶瓷。
(1)新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系,在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能,如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等。
(2)新型陶瓷如碳化硅(SiC)俗称金刚砂,其中的碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构,硬度很大、具有优异的高温抗氧化性能,可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
3.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,在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分是硅酸盐。(　　)
(2)二氧化硅晶体是由SiO2分子直接组成的。(　　)
(3)可以利用石英坩埚熔融NaOH固体。(　　)
(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2,有白色胶状沉淀产生,可证明酸性: H2CO3>H2SiO3。(　　)
(5)光电池可以将光能直接转化为电能。(　　)
(6)高纯硅具有半导体性能,用于制造光导纤维。(　　)
(7)高温下焦炭可还原石英砂制得粗硅,该反应说明非金属性C(8)C60、碳纳米管和石墨烯都是碳元素形成的单质。(　　)
×
×
×
√
√
×
×
√
2.玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料,它们的主要成分中都含有的元素是(　　)。
A.氮 B.硫 C.硅 D.氯
答案:C
解析:玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料,它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素。
3.下列物质中,不含有硅酸盐的是(　　)。
A.玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D.普通水泥
答案:B
解析:玻璃是常见的硅酸盐产品,普通水泥的主要原料之一为黏土,黏土中含有硅酸盐,硅芯片的成分为高纯硅,硅是良好的半导体材料。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究传统硅酸盐材料
【问题引领】
陶瓷在我国有悠久的历史,是中华民族古老文明的象征。从秦始皇陵中出土的大批陶兵马俑,气势宏伟,形象逼真,被认为是世界奇迹。唐代的唐三彩、明清的景德镇瓷器均久负盛名。但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜。近年来科学家才得知其成分大多是硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox,铜为+2价)。
1.硅酸铜钡中x的数值是多少 硅酸铜钡的性质是否稳定
提示:BaCuSi2Ox中,Ba为+2价,Cu为+2价,Si为+4价,O为-2价,由化合物各元素正、负化合价的代数和为0,(+2)+(+2)+2×(+4)+(-2)×x=0,得x=6;根据信息可知硅酸铜钡的性质稳定,不易褪色。
2.制造玻璃时发生以下反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑。该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 为什么
提示:不能。SiO2与Na2CO3反应,是在高温条件下进行的,且生成的产物是CO2气体,可以脱离反应体系,并不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。
3.实验室里如何保存硅酸钠溶液 如果将硅酸钠溶液敞口放置一段时间,溶液中会出现什么现象
提示:硅酸钠溶液与空气中的二氧化碳反应生成硅酸,所以保存的时候应该隔绝空气,而且硅酸钠具有黏性,不能用玻璃塞,应用橡胶塞。若敞口放置一段时间,硅酸钠溶液中会产生白色胶状沉淀,原因是发生反应Na2SiO3+CO2+H2O══H2SiO3↓+Na2CO3。
【归纳提升】
1.硅酸盐的表示方法。
硅酸盐由于组成比较复杂,通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成,改写时可采用如下方式。
例如:
NaAlSi3O8(钠长石)应写成Na2O·Al2O3·6SiO2,不能写成Na2O·Al2O3·3SiO2。
(1)写成氧化物形式是为了简化硅酸盐组成的表示方法,实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的。
(2)在改写时各元素的化合价不能改变。
2.最常见的硅酸盐——硅酸钠。
硅酸钠化学性质相对稳定,不易腐蚀,不能燃烧,热稳定性强,其水溶液呈碱性,能与酸反应,其离子方程式为
【典型例题】
【例题1】 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的,此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
例如钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4],此反应的离子方程式为:
(1)将上述复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式。
①KAlSi3O8　 。
②Al2Si2O5(OH)4　 。
(2)上述反应能够发生的原因是 　 。
答案:(1)①K2O·Al2O3·6SiO2
②Al2O3·2SiO2·2H2O
(2)较强的酸能制较弱的酸
解析:(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式时,只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物,并用“·”将它们合并起来,但需注意各种原子个数比符合原来的组成。在某种(或几种)氧化物前加合适的化学计量数。
①KAlSi3O8:K2O·Al2O3·6SiO2;
②Al2Si2O5(OH)4:Al2O3·2SiO2·2H2O。
(2)分析反应前后物质的种类,可知属于酸与盐发生的复分解反应,是由于酸性:H2CO3>H2SiO3,发生了较强的酸制取较弱的酸的反应。
KAlSi3O8(钾长石)不能写成K2O·Al2O3·3SiO2,应写成K2O·Al2O3·6SiO2,即原子个数比不变。
【变式训练1】 在玻璃工业、水泥工业中都用到的原料是(　　)。
A.纯碱 B.石英
C.石灰石 D.黏土
答案:C
解析:玻璃工业的原料是石灰石、纯碱、石英砂;水泥工业的原料是石灰石、黏土。两者都用到石灰石。
【问题引领】
探究任务2
探究新型无机非金属材料
1.利用二氧化硅制备高纯硅涉及的三个化学反应,是否都是氧化还原反应
2.高纯硅的制备过程中,能循环利用的物质是什么
提示:HCl。
【归纳提升】
1.Si的特性。
(1)Si的还原性强于C的还原性,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2C Si+2CO↑。
(2)非金属单质一般为非导体,但Si可以作为半导体。
2.SiO2的特性。
(1)酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸,但SiO2不溶于H2O,不能直接与H2O反应生成H2SiO3。
(2)非金属氧化物的熔点一般较低,但二氧化硅的熔点很高。
(3)酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2可以与氢氟酸反应: SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O。
【典型例题】
【例题2】 下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　)。
A.晶体硅是生产芯片的基础材料
B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它的提炼工艺复杂,价格昂贵,没有被广泛使用
D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电
答案:A
解析:硅的化学性质不活泼,但常温下可与F2、氢氟酸和强碱等反应;晶体硅是一种良好的半导体材料,被广泛使用;虽然晶体硅是一种非金属单质,但它具有金属光泽。
【变式训练2】 1.光导纤维的主要成分是(　　)。
A.SiO2 B.氮化硅
C.单质硅 D.石墨烯
答案:A
2.下列物质能与SiO2反应的是(　　)。
A.水 B.盐酸
C.硫酸 D.氢氟酸
答案:D
解析:酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2可以与氢氟酸反应:SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O。
课 堂 小 结