無(wú)機(jī)非金屬材料

2023/1/161第三章化學(xué)與材料的發(fā)展第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料第1課時(shí)新課標(biāo)人教版高中化學(xué)課件系列選修2化學(xué)與技術(shù)2023/1/162傳統(tǒng)硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷2023/1/163概念:

以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。常見(jiàn)如水泥、玻璃、陶瓷等工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。2.硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：(2)反應(yīng)條件：(3)反應(yīng)原理：(4)生成物：硅酸鹽工業(yè)含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。高溫復(fù)雜的物理、化學(xué)變化硅酸鹽產(chǎn)品3.硅酸鹽產(chǎn)品分類：陶瓷。水泥、玻璃、傳統(tǒng)硅酸鹽材料2023/1/164結(jié)構(gòu)中都含有硅氧四面體

特點(diǎn)：穩(wěn)定性高、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等傳統(tǒng)硅酸鹽材料2023/1/1651.陶瓷(China)（1）主要原料：黏土

（2）傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻

（3）反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化

（4）主要成分：硅酸鹽

（5）主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點(diǎn)。

一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷2023/1/166你知道陶釉的成分嗎？

金屬及金屬氧化物，如紅色Cu2O。陶瓷2023/1/167主要種類：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：碗盤(pán)茶具收藏珍品炻器：水缸、砂鍋景德鎮(zhèn)陶瓷紅瓦青瓦陶瓷2023/1/1682.玻璃（1）原

料：純堿、石灰石和石英（2）主要設(shè)備：玻璃熔爐

（3）生產(chǎn)過(guò)程：原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻（4）反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑

高溫

CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑

高溫玻璃2023/1/169（5）主要成分：Na2SiO3?CaSiO3?SiO2

（6）主要性能：玻璃態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。（Na2O?CaO?6SiO2）玻璃2023/1/1610種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，汽車、火車的窗玻璃等玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲(chóng)蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光性和色散性眼鏡片，照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等中的凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等幾種玻璃的特性及比較玻璃2023/1/1611b.有色玻璃在玻璃原料中加入某些金屬氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO

呈藍(lán)色加入Mn2O3呈紫色加入Cr2O3

呈綠色加入Cu2O呈紅色c.鋼化玻璃玻璃普通玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就可以得到鋼化玻璃。a.普通玻璃2023/1/1612玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃d.防彈玻璃又稱為夾層玻璃。當(dāng)受到外部撞擊的時(shí)候，夾層可將受到的力發(fā)散開(kāi)來(lái)，減少了子彈等武器的沖擊力，進(jìn)而保護(hù)了受保護(hù)者的安全！玻璃2023/1/1613f.光學(xué)玻璃玻璃2023/1/1614g.石英玻璃玻璃2023/1/1615在玻璃中加入適量的溴化銀(AgBr)和氧化銅的微小晶粒，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以制成變色玻璃。?dāng)強(qiáng)光照射到玻璃上，溴化銀分解為銀和溴單質(zhì)，分解出的銀原子聚集成銀的微小晶粒，使玻璃呈現(xiàn)暗棕色，能擋住大部分光線。光線變暗，銀和溴在氧化銅的催化作用下，重新生成溴化銀。于是玻璃的顏色自動(dòng)變淺，透光性增強(qiáng)。H.變色玻璃2023/1/1616思考：玻璃為什么會(huì)被人工吹制成各種形狀？

普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物質(zhì)，主要成分是SiO2。玻璃不是晶體，而是玻璃態(tài)物質(zhì)，這類物質(zhì)沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，可以在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化變成液態(tài)。在軟化狀態(tài)時(shí)，玻璃可吹制或軋成一定形狀的制品。玻璃2023/1/16173.水泥：主要原料：黏土和石灰石

主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程：生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥輔助原料：石膏—作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度石膏—作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度水泥2023/1/1618水泥回轉(zhuǎn)窯水泥2023/1/1619主要成分：硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等主要性能：水硬性主要用途：建筑、修路。

如：水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土。反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化

你聽(tīng)說(shuō)過(guò)豆腐渣工程嗎，產(chǎn)生現(xiàn)象的原因很多，但都與水泥標(biāo)號(hào)有關(guān)，查閱資料了解水泥標(biāo)號(hào)有關(guān)問(wèn)題。水泥學(xué)與問(wèn)2023/1/1620水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、粘土石英、純堿、石灰石粘土主要設(shè)備回轉(zhuǎn)爐玻璃熔爐陶瓷窯反應(yīng)條件高溫高溫高溫反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2成分復(fù)雜特性水硬性玻璃態(tài)物質(zhì)抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較傳統(tǒng)硅酸鹽材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮21定義：特性：種類：具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能（性質(zhì)）的新材料。能承受高溫、強(qiáng)度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC)具有光學(xué)特性：光導(dǎo)纖維具有電學(xué)特性：K3C60超導(dǎo)體具有生物功能：如Ca3(PO4)2系陶瓷用途：氮化硅陶瓷光導(dǎo)纖維醫(yī)學(xué)、日常生活、交通、通訊、機(jī)械、建筑航空、航天等二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮22傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料與新型材料的比較傳統(tǒng)的硅酸鹽材料優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫；缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。

新型無(wú)機(jī)非金屬材料特性①承受高溫，強(qiáng)度高。

②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。

④具有生物功能。

新型無(wú)機(jī)非金屬材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮23新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性（1）.能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。（2）.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。（3）.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。（4）.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮24新型陶瓷材料習(xí)慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷是以粘土、長(zhǎng)石、石英等天然礦物為原料經(jīng)燒結(jié)而成的。特種陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮25碳化硅

SiC,俗稱金剛砂。熔點(diǎn)高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業(yè)磨料。如其中摻入某些雜質(zhì),會(huì)使之出現(xiàn)半導(dǎo)體,作為高溫半導(dǎo)體,用于電熱元件。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境,現(xiàn)已用作火箭噴嘴,熱電偶保護(hù)管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。

碳化硅制成的渦輪葉片

1、新型陶瓷新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮26氮化硅陶瓷（Si3N4

） 是灰白色固體，硬度為9，是最硬的材料之一。它的導(dǎo)熱性好且膨脹系數(shù)小，可經(jīng)受低溫高溫、驟冷驟熱反復(fù)上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。

新型陶瓷動(dòng)動(dòng)手：寫(xiě)出制取碳化硅、氮化硅的化學(xué)反應(yīng)方程式。SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮27氧化鋁陶瓷性

能用

途熔點(diǎn)高坩堝、高溫爐管硬度大剛玉球磨機(jī)透明、耐高溫高壓鈉燈燈管新型陶瓷高純氧化鋁透明陶瓷管2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮28

功能陶瓷(functionalceramics)材料是以特定的性能或通過(guò)各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨(dú)特功能的材料。功能陶瓷新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮29

TiO2、

ZrO2、LaCrO3等高溫電子陶瓷，用于制造電容器和電子工業(yè)中的高溫高頻器件。如BaTiO3類陶瓷用于制造溫度傳感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏傳感材料；ZnO系陶瓷，SiC

、BaTiO3系陶瓷用于制造壓力和振動(dòng)傳感材料等。功能陶瓷的用途：新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮30由硅石粗硅高純多晶硅（純度在9個(gè)“9”以上(99.9999999％以上)單晶硅（1）粗硅的制備：又稱工業(yè)硅，純度在95％99％的硅（反應(yīng)要點(diǎn)高溫1600℃1800℃）

（2）SiHCl3的制備多用粗硅與干燥氯化氫在200℃以上反應(yīng)：Si十3HCl==SiHCl3+H2（3）精餾提純后的SiHCl3用高純氫氣還原得到多晶硅

SiHCl3十H2==Si十3HCl2、現(xiàn)代信息技術(shù)材料----單晶硅

SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g)現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料——單晶硅2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮31閱讀：科學(xué)視野—太陽(yáng)能電池現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料——單晶硅2023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮32討論1.高壓合成金剛石的局限性？2.化學(xué)氣相沉積法制造金剛石薄膜的原理是什么？3.石墨、金剛石、C60新材料誕生新技術(shù)石墨、金剛石和C602023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮33注意：金剛石石墨C60之間的關(guān)系？碳的三種物質(zhì)形態(tài)C60金剛石石墨石墨、金剛石和C602023/1/16江西省鷹潭市第一中學(xué)桂耀榮34C60及其應(yīng)用前景

C60的發(fā)現(xiàn)

1985年，美國(guó)科學(xué)家克羅托（H.W.K.kroto)等用質(zhì)譜儀,嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件,得到以C60為主的質(zhì)譜圖。由于受建筑學(xué)家布克米尼斯持?富勒（BuckminsterFuller）設(shè)計(jì)的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，克羅托（kroto)等提出C60是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的球形32面體，即由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形構(gòu)成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。隨后將C60分子命名為布克米尼斯持?富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的結(jié)構(gòu)酷似足球，所以又稱為足球烯（Footballene）除C60外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有C28、C32、C50、C70、C84