必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属材料教课内容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？
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。
(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。
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。
立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质
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
2.①陶 瓷（china）
机场出口处的蓝色玻璃隔离墙
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、化学变化主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶体，无固定的熔点
水泥是最常用的建筑材料下图是1949—1998年我国水泥产量示意图
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。
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
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！
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
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。
集成电路 晶体管
4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用
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，强度高用于光电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。
1.下列叙述错误的是（ ） 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
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____________．
3.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反应可生长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。
答案：（1）c,d；（2） N: Si: Si3N4
(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。