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(共36张PPT)
第三节 无机非金属材料
【核心素养】
1.宏观辨识与微观探析
通过对硅酸盐结构的了解，培养学生宏观辨识与微观探析能力
2.证据推理与模型认知
掌握硅的结构及硅的化合物的性质，了解硅及其化合物的用途与性质之间的关系
3.科学态度与社会责任
结合日常生活的实际，了解传统硅酸盐产品的应用.通过对几种重要无机非金属材料的生产及用途的学习，培养学生科学态度与社会责任
【教学重难点】
教学重点:玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
教学难点:硅氧四面体的结构特点与硅酸盐的性质，二氧化硅的性质及应用。
复合材料：由两种或两种以上的材料按照一定方式组成的材料。
高分子材料：纤维、橡胶、树脂、塑料
材料
金属材料：纯金属材料和合金材料
无机非金属材料：传统和新型
材料按照化学组成和特性来分：
三大传统硅酸盐材料：玻璃、陶瓷、水泥
玻璃
水泥
陶瓷
一、传统无机非金属材料-硅酸盐材料
黏土（含水的铝硅酸盐）
高温烧结(复杂的物理和化学变化)
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
陶瓷
原料：
条件：
用途：
性能：
熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定
1.陶瓷
纯碱、石灰石、石英沙（SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
建筑材料、光学仪器、各种器皿、
玻璃纤维
玻璃
原料：
主要成分：
用途：
性能：
透光性好、硬度大、无固定熔点
2.玻璃
反应原理：
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
玻璃窑(复杂的物理和化学变化)
设备：
黏土、石灰石(加适量石膏)
水泥回转窖(复杂的物理和化学变化)
设备：
3.水泥
水泥
原料：
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
用途：
成分：硅酸三钙(3CaO·SiO2)
硅酸二钙(2CaO·SiO2)、
铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
调节水泥硬化速率
三大传统无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
【小结】
陶瓷：原料——黏土
玻璃：原料——纯碱、石灰石和石英；
水泥：原料——黏土和石灰石； 加适量石膏；
【课堂练习】“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘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，下列有关说法正确的是(　 　)
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
C
1.概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称
结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体
性质：硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点
二、硅酸盐的组成、结构和性质
2.硅酸盐的表示方法 系统集成P39
①用盐的化学式表示
硅酸钠：Na2SiO3 硅酸钙：CaSiO3
②用氧化物形式表示
书写顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O
硅酸钠：Na2O · SiO2
高岭土Al2(Si2O5)(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
1.将下列硅酸盐改写为氧化物
石棉：Mg3CaSi4O12
黏土：Al2Si2H4O9
长石：KAlSi3O8
钾云母：K(Al3Si3O10)(OH)2
注意事项：①元素化合价不变、原子比例不变
②计量数以整数书写
K2O·Al2O3·6SiO2
3MgO·CaO·4SiO2
Al2O3·2SiO2·2H2O
【课堂练习】
2.歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然於碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　 )
A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B.性质稳定，不易脱色
C.易溶解于强酸和强碱
D. x等于6
C
①物理性质
俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃
②化学性质
Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2 (少)= Na2CO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+2H2O+2CO2(过) =2NaHCO3+H2SiO3↓
【小结】酸性：硅酸<碳酸，且不能使紫色石蕊变红
③硅酸钠的用途
制硅酸、黏合剂、耐火阻燃材料(防火剂)
3.最简单的硅酸盐——Na2SiO3 系统集成P39
1.硅
硅元素含量仅此于氧，位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。
单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体,结构类似金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
Si
+14
8
4
2
主要形成四价的化合物
三、新型无机非金属材料
硅在自然界中只有化合态,主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。
(1)硅的制备
教材P22
(2)化学性质 系统集成P37-38
a.常温下，化学性质稳定,只能跟F2、HF、NaOH溶液反应。
b.加热时能与某些非金属单质反应
Si+2F2 = SiF4
Si+4HF = SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC
高温
(3)硅的用途
硅太阳能电池
半导体材料
硅芯片
1.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　 )
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
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
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
A
【课堂练习】
2.高纯度晶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”。它可以按下列方法制备：
下列说法不正确的是( )
A.步骤①的化学方程式：SiO2＋C Si＋CO2↑
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料
A
高温
水晶
玛瑙
石英
沙子
SiO2是硅的重要化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
(1)物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大，不导电
空间构型：硅氧四面体（空间网状）
①SiO2是原子晶体；1mol 二氧化硅中含4mol Si-O键
②SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子
2.二氧化硅SiO2
a.酸性氧化物
①与碱溶液反应：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
②与碱性氧化物反应：SiO2 + CaO CaSiO3
③与某些盐反应：
(2)SiO2的化学性质
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O
——唯一能与SiO2反应的酸
用途：刻蚀玻璃
(2)SiO2的化学性质
b.特性：与HF反应
注意：HF能腐蚀玻璃，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶
【思考】1.为什么实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，会使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。
2.某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应推断SiO2为两性氧化物，是否正确
不正确，SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
(3)SiO2的用途
光导纤维
沙子作建材
石英钟表
玻璃仪器
水晶、玛瑙饰品
石英坩埚
【拓展补充】硅酸（H2SiO3）
①硅酸是一种不溶于水的弱酸，酸性比碳酸H2CO3 弱
②实验室用可溶性硅酸盐与其他酸反应制备H2SiO3
Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2 = Na2CO3+H2SiO3↓
③H2SiO3不稳定，受热易分解
④硅酸（H2SiO3）的用途
食品、药品的干燥剂；催化剂的载体
H2SiO3 ==== SiO2 + H2O
1.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是(　　)
A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
B
【课堂练习】
2.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是(　　)
①门窗玻璃　 ②水晶镜片　 ③石英钟表　 ④玛瑙首饰　
⑤硅太阳能电池 ⑥光导纤维　 ⑦计算机芯片
A.①②③④⑥ B.全部 C.⑤⑦ D.①②⑥⑦
A
3.下列关于硅酸的说法正确的是(　　)
A.硅酸可以通过 SiO2 和 H2O 化合反应直接制得
B.可用反应 Na2SiO3+2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ 制取硅酸
C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaOH 溶液反应
D.干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠
B
4.下列叙述正确的是(　　)
A.SiO2既和NaOH溶液反应，又和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
B.因为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似
C
5.利用“强酸制弱酸”原理可用来设计酸性强弱比较的实验，如比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：
①分液漏斗所盛试剂是稀盐酸，锥形瓶所盛试剂是______________，装置A中反应的化学方程式是____________________________________。
②装置B所盛试剂是饱和NaHCO3溶液，其作用是：
_____________________________________。
③装置C所盛试剂是_____________，C中反应的
离子方程式是______________________。
④结论：HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：_____＞______＞______。
能否说明非金属性：Cl > C > Si ？
Na2CO3溶液
Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + CO2↑+ H2O
除去盐酸中挥发出的HCl气体
Na2SiO3溶液
HCl H2CO3 H2SiO3
3.新型陶瓷
碳化硅（SiC）俗称金刚砂
硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
还具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
高温陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
富勒烯C60
石墨烯
碳纳米管
（单壁）
碳纳米管
（多壁）
4.碳纳米材料：碳单质的同素异形体
在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景
1.下列有关无机非金属材料的说法错误的是（ ）
A. 氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B. 碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可制作耐高温轴承
C. 富勒烯C60是一种新型化合物
D. 超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，可用于磁悬浮技术
C
【课堂练习】
2.下列说法不正确的是( )
A.传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、玻璃、水泥
B.二氧化硅用于光伏电站、人造卫星和电动汽车等的太阳能电池
C.碳化硅硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
D.碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
B
3.碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是(　　)
C
A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物
C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点
4.宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。
下列相关叙述错误的是(　　)
A.它耐高温、抗氧化　
B.它比钢铁轻,但质地较脆
C.它没有固定熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
B

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