高中化学第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属材料获奖ppt课件

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步兵战车应用了一种新型才傲的发动机-------绝热陶瓷发动机，可使其不易被红外探测器发现并被红外制导武器所摧毁。那么你知道这种陶瓷在化学上属于什么材料吗？

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第三节 无机非金属材

一、传统硅酸盐材料

1.  以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。

硅酸盐工业的特点：

(1)原料：含硅的物质、碳酸盐等。

(2)反应条件：高温。

(3)反应原理：复杂的物理、化学变化。

(4)生成物：硅酸盐。

资料卡片------二氧化硅：

立体网状结构------四面体结构，决定了SiO2具有优良的物理和化学性质。二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示Si与O的原子个数比为1:2,所以不是分子式而是化学式。

2.①陶瓷（china）

生产原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O ）

生产设备：陶瓷窑

生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却

反应原理：复杂的物理、化学变化

主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型

②玻璃

生产原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）

生产设备：玻璃熔炉

反应原理：复杂的物理、化学变化

SiO2 + Na2CO3          Na2SiO3 + CO2↑

SiO2 + CaCO3          CaSiO3 + CO2↑

主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

主要特性：非晶体，无固定的熔点

玻璃的种类

③水泥

生产原料：石灰石、黏土+适量石膏

               （CaCO3、 Al2O3·2SiO2·2H2O ）

生产设备：水泥回转窑

主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2)

               铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等

反应原理：复杂的物理、化学变化

主要特性：水泥具有水硬性

二、 新型无机非金属材料

1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？

优点：抗腐蚀、耐高温；   缺点：质脆、经不起热冲击。

2．新型无机非金属材料有哪些特性？

① 承受高温，强度高。② 具有光学特性。

③ 具有电学特性。    ④ 具有生物功能。

3.硅单质

①请画出碳和硅的原子结构示意图

分析：既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。

Si位于元素周期表第三周期，第ⅣA，处于金属与非金属过渡位置，为半导体材料

②存在及物理性质

硅在地壳中含量仅次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-----二氧化硅、硅酸盐

硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！

③单质Si的制备

制粗硅SiO2  +2C           Si + 2CO↑

在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅。

Si + 2Cl2          SiCl4     SiCl4+2H2         Si+4HCl

④用途

集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。

4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用

         结晶形（石英晶体）---又可以分为水晶和玛瑙

硅石    

无定形——硅藻土

SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅叫硅石；结晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用来制造光导纤维，具有优良的性能。

光导纤维主要特性：①抗干扰性能好，不发生辐射；②通讯质量好；③质量轻、耐腐蚀。

5、新 型 陶 瓷 材 料

习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。

传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。

特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。

几种典型的新型无机非金属材料：

①高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀、抗氧化等，用于火箭发动机，汽车发动机和高温电极材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC--金刚砂）。

②压电陶瓷特点:主要有钛酸盐和锆酸盐,可实现机械能和电能的相互转化，用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和但火气等。

③透明陶瓷：氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙等类型；特点：耐高温、绝缘性好，用于高压钠灯，激光器和高温探窗。

④超导陶瓷：特点为某临界温度下电阻为0，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等。

6、碳纳米材料----富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯等

富勒烯-------笼形分子，以C60为代表。

碳纳米管-------石墨片层管状物，比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器。

    石墨烯-------单层石墨，电阻率低，热导率高，强度高用于电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。

随堂练习：

1.       下列叙述错误的是（    ）
2.           A.硅在自然界中主要以单质形式存在     

B.硅是应用最广泛的半导体材料

C.高纯度的硅可用于制造计算机芯片    

D.二氧化硅可用于生产玻璃

答案为：A

2.有下列物品或设备：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维⑩计算机芯片

（1）用到硅单质的是______．（用序号填写，下同）

（2）所用材料主要为SiO2的是______．

（3）所用材料主要成分为硅酸盐的是______．

答案为：（1）⑧⑩；（2）⑤⑥⑦⑨；（3）①③④。

2..氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应成SiF4和H2O。请写出该反应的化学方程式。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。

答案：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。玻璃种含有二氧化硅，所以可以用来制造磨砂玻璃。

4 .SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH反应可生成Na2SiO3。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作粘合剂和防火剂。实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞。请解释原因，并写出相关反应的化学方程式。

   答案：用玻璃塞会导致瓶塞、瓶口黏结在一起SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

5.氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。

   (1)根据以上描述，氮化硅可能有哪些用途：_____(填字母)

    a.制作坩埚            b.用作建筑陶瓷    

c.制作耐高温轴承      d.制作切削刀具

   (2)请写出氮和硅的原子结构示意图，并根据元素周期律知识，写出氮化硅的化学式。(3)氮化硅在19世纪已经被化学家合成出来，但直到100多年后才逐渐应用于工业领域。材料的基础研究和实际应用之间存在着一定距离，你认为二者之间的关系是怎样的？请查阅相关资料，与同学交流你的观点。

答案：（1）c,d

（2）  N:            Si ：       Si3N4

（3）①二者作用是相辅相成的；②基础研究的成果指导着应用研究的进行；③实际需要和应用研究是基础研究的推动力；④应用研究的结果会丰富已有的理论。

课堂小结

一、无机非金属材料

1.传统无机非金属材料

①陶瓷           ②玻璃         ③水泥

2.新型无机非金属材料

①高温结构陶瓷   ②压电陶瓷   ③透明陶瓷   ④超导陶瓷

板书

一、传统硅酸盐材料

1.硅酸盐及其特点

2.①陶瓷           ②玻璃         ③水泥

二、 新型无机非金属材料

1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？

2.新型无机非金属材料有哪些特性？

3.硅单质

4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用

5、新 型 陶 瓷 材 料

6、碳纳米材料