5.3.1 硅酸盐材料 晶体硅 课件(共27张PPT，内嵌1视频) -2025-2026学年人教版化学必修第二册

(共27张PPT)
第3节 无机非金属材料
5.3.1 硅酸盐材料 晶体硅
预习检测
1．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是①以含硅物质作为原料　②主要产物是硅酸盐
③反应条件是高温　④反应原理是复杂的物理变化和化学变化
A．只有①③ B．只有②③
C．①②③④ D．只有③④
C
2．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是 (　　)
A．有色玻璃 B．碳化硅陶瓷
C．石英玻璃 D．钢化玻璃
B
3．(2022·广东珠海期中)下列说法正确的是(　　)
A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应
B．据SiO2＋CaCO3 ==CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强
C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是Si
D．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的
D
高温
B
4．下列有关硅的化合物说法正确的是 (　　)
A．SiO2与CO2相似，由一个硅原子和两个氧原子构成一个SiO2分子
B．硅酸盐一般不溶于水，它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分
C．H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如盐酸)反应制得
D．SiO2是酸性氧化物，能和碱反应，不能和酸反应
材料按照化学组成和特性来分：
无机非金属材料
金属材料
高分子材料：
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
塑料、合成橡胶、合成纤维
无机非金属材料
含有元素
性能
应用
硅氧等元素
耐高温、抗腐蚀、硬度高
特殊的光学、电学等性能
日常生活应用 航空航天领域
新能源领域 信息领域
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。
个人预学
1.传统无机非金属材料有哪些？特性？用途？
2.新型无机非金属材料有哪些？
3.单质硅、二氧化硅有哪些性质、用途？
4.工业制备高纯硅的原理？
教师导学 材料
教师导学 材料的分类
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。
材料按照化学组成和特性来分：
无机非金属材料
金属材料
高分子材料：
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
塑料、合成橡胶、合成纤维
教师导学 无机非金属材料的分类
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
无机非金属材料
陶瓷
玻璃
水泥
晶体硅
SiO2
碳纳米管
新型陶瓷
石墨烯
硅酸盐材料
教师导学 硅酸盐材料
（一）硅酸盐的组成、结构和性质
1.概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
2.结构：
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si。
四面体
4
2
3.性质：
大多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
可溶性硅酸盐如Na2SiO3，K2SiO3等。
教师导学 拓展：SiO2的结构
立体网状结构
SiO2晶体中没有SiO2分子存在，只存在硅氧原子，因此性质稳定。
SiO2是由Si和O按1 ： 2的比例组成的立体空间网状结构。
1molSiO2含有多少硅氧键？
以硅为研究对象，1molSiO2含有1mol硅原子，1mol硅原子会形成4mol硅氧键
正四面体结构
陶瓷
原料：
历史：
应用：
黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)
青花瓷、唐三彩
生产建筑材料、
绝缘材料、
日用器皿、
卫生洁具等
China
反应条件：
高温烧结
瓷都
新石器时代就能烧制
唐宋时期达到鼎盛：
性质
陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。
三、传统的三大硅酸盐产品
陶
器
汝
哥
钧
定
瓷 器
官
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、
光学仪器、
各种器皿，
制造玻璃纤维用于高强度复合材料等
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
反应条件：
高温熔融
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
加入元素或物质 玻璃特性 用途
含铅原料 光学玻璃:透光性好,折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
硼酸盐 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃 用于建筑和装饰
特种玻璃
（Co2O3、CuO）
性能：
玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。
主要反应：
水泥
原料：
工业设备：
黏土、石灰石、石膏
水泥回转窑
混凝土：
水泥、沙子和碎石等与水混合
石膏的作用：
条件：
高温煅烧
调节水泥硬化速率
水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。
2.关于水泥的认识
(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质,因而变硬的水泥不能使用。
(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。
产品 原料 主要成分 应用
陶瓷 _______(含水的铝硅酸盐)
玻璃 普通玻璃：
水泥
黏土
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
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
黏土和石灰石以及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
自主学习
【微思考1】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应 试写出反应的化学方程式。
【微思考2】为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。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高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点
学习任务二　新型无机非金属材料
自主学习
看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教材一起学习无机非金属材料。
【阅读课本21、22页回答问题】
1、画出硅的原子结构示意图
2、硅在周期表中的位置，在自然界中存在是怎样的？
3、硅单质有什么特性
4、通过阅读课本内容及资料卡片你能得出硅的哪些化学性？
5、画出工业高纯硅的制备流程，写出相关反应方程式
随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。
高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。
含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。
1.硅
半导体材料
硅的原子结构
硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
Si
+14
8
4
2
硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位
Si
C
+6
4
2
通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式
思考
交流
Si
硅的存在形式
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。
硅的制备
⑴SiO2+2C === Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
⑵Si+3HCl === SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 === Si+3HCl （高纯硅）
高温
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑
高温
碳化硅(俗名：金刚砂)
工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅
提纯
如何制备高纯度的硅？
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
Si
晶体硅的用途
硅晶片是生产芯片的基础材料
Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料
硅太阳能电池
Si
价值5元的沙子
SiO2
Si
价值5000元的芯片
点沙 成金
从沙滩到用户
晶体硅的用途
Si
2.利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换成电能
3.含硅4％的硅钢具有导磁性
4.硅橡胶既耐高温又耐低温保持良好弹性
5.分子筛均匀微孔结构
吸附剂 、催化剂
课堂总结
一、硅酸盐材料
（1）陶瓷 （2）玻璃 （3）水泥
（1）硅和二氧化硫
SiO2+2C=======Si+2CO
Si+3HCl=======SiHCl3+H2
SiHCl3+H2=======Si+3HCI
1800~2000℃
300℃
1100℃
二、新型无机非金属材料