第1節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料1

第3單元化學(xué)與材料的發(fā)展

什么叫材料

材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。

材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料的分類和特點(diǎn)

材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料水泥、玻璃、陶瓷等

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等Fe、Cu、Al、合金等概念: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.原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料3.硅酸鹽產(chǎn)品的特點(diǎn)：穩(wěn)定性強(qiáng)、硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等。第1節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料

1、主要原料：粘土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)。

傳統(tǒng)硅酸鹽材料產(chǎn)品分類

（一）、陶瓷——人類制造出的第一種材料６、陶瓷主要種類：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：碗盤茶具收藏珍品炻器：水缸、砂鍋瓷都景德鎮(zhèn)注：①彩釉②搪瓷不屬于陶瓷紅瓦青瓦（二）、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Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑5、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

（Na2O?Ca2O?6SiO2）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。4、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)高溫高溫種類特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(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、壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片；照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕、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、火車窗玻璃等幾種特種玻璃這些玻璃的主要成分分別是什么？（三）、水泥：1、主要原料：粘土和石灰石2、主要設(shè)備：3、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4、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化5、主要成分：硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、

硅酸二鈣(2CaO?SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等6、主要性能：水硬性7、主要用途：建筑、修路。

如：水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土水泥回轉(zhuǎn)窯水泥的標(biāo)號(hào)水泥的標(biāo)號(hào)

水泥的標(biāo)號(hào)是水泥強(qiáng)度大小的標(biāo)志，測(cè)定水泥標(biāo)號(hào)的抗壓強(qiáng)度，系指水泥砂漿硬結(jié)28天后的強(qiáng)度。例如檢測(cè)得到28天后的抗壓強(qiáng)度為310kg/cm2，則水泥的標(biāo)號(hào)定為300號(hào)?？箟簭?qiáng)度為300-400kg/cm2者均算為300號(hào)。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六種標(biāo)號(hào)。200號(hào)-300號(hào)的可用于一些房屋建筑。400號(hào)以上的可用于建筑較大的橋梁或廠房，以及一些重要路面和制造預(yù)制構(gòu)件。

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·Al2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2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)比較水泥中加入石膏的目的？

思考與交流1、傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(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。

2．新型無(wú)機(jī)非金屬材料有哪些特性？

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。

二新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(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)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維(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。人造關(guān)節(jié)幾種新型無(wú)機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介1、碳化硅陶瓷教材P522、氮化硅陶瓷教材P52高溫結(jié)構(gòu)陶瓷?特點(diǎn)？氮化硅陶瓷主要特性①超硬度，耐磨損；②抗腐蝕，高溫時(shí)也抗氧化；③抗冷熱沖擊而不碎裂；④耐高溫且不易傳熱；⑤本身具有潤(rùn)滑性

HF?主要用途制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴油機(jī)中發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面等3、氧化鋁陶瓷高壓鈉燈氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷（人造剛玉）主要特性①高熔點(diǎn)；②高硬度；③可制成透明陶瓷；④無(wú)毒、不溶于水，強(qiáng)度高；⑤對(duì)人體有較好的適應(yīng)性

主要用途高級(jí)耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關(guān)節(jié)等2、現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料——單晶硅閱讀教材p533、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（二氧化硅）主要特性①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕能否鋪在堿性土壤中？主要用途用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測(cè)遙控等光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光纖光纜

普通電纜

信息量大，信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10億路電話

8管同軸電纜每條通話1800路

原料來(lái)源廣（石英玻璃），節(jié)約有色金屬

資源較少

質(zhì)量小，每km27g，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便

每km1.6t成本低，每km10000元左右

普通光纜每km200000元左右

性能好，抗電磁干擾保密性強(qiáng)

，能防竊聽(tīng)，不發(fā)生電輻射

4、石墨、金剛石和C60--新材料誕生新科技閱讀教材p54-56新材料發(fā)展趨勢(shì)（1）高分子材料。（2）特種陶瓷。高強(qiáng)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、電工電子功能陶瓷和復(fù)合陶瓷是新材料中普遍注重的發(fā)展方向。（3）功能材料。這是新材料中發(fā)展很快的一個(gè)重要方向，如半導(dǎo)體、激光、紅外、超導(dǎo)、電子、磁性、發(fā)光、液晶、換能、傳感材料等，品種繁多，前景廣闊。（4）能源材料。（5）高性能、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料。（6）復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)型、彌散粒子型、疊層復(fù)合型復(fù)合材料以及碳纖維、石墨纖維、硼纖維、金屬纖維、晶須的研制發(fā)展，將使被稱為"21世紀(jì)材料"復(fù)合材料更放光彩。（7）金屬新材料。非晶態(tài)金屬(金屬玻璃)、記憶合金、防振合金、超導(dǎo)合金和金屬氫等。（8）極限材料。（9）原子分子設(shè)計(jì)材料。（10）稀土材料。稀土金屬在激光、熒光、磁性、紅外、微波、核能、特種陶瓷以及化工材料中，有奇異的性能，稀土材料已成為重要的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。我國(guó)稀土資源儲(chǔ)量居世界首位，因此稀土的開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)更為重要。練習(xí)下列物質(zhì)：①水泥②玻璃③陶瓷④水晶，其中屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的是()A只有①②B只有②④C全部D只有①②③D課堂練習(xí)在玻璃、水泥工業(yè)生產(chǎn)中，都需要的原料是（）。

Ａ．石灰石

Ｂ．純堿

Ｃ．粘土

Ｄ．石英

A下列物質(zhì)屬于純凈物的是①水玻璃②水泥③玻璃④漂白粉⑤膽礬⑥氯水⑦液氯()A、①④

B、①⑤

C、①⑤⑥

D、⑤⑦D與鋼化玻璃成分相同的是()A有色玻璃B普通玻璃

C石英玻璃D光學(xué)玻璃B將固體燒堿熔化，應(yīng)選擇的坩堝是()A石英坩堝B瓷坩堝C鐵坩堝D玻璃坩堝C下列各組物質(zhì)中不起反應(yīng)的是()

A．SiO2與純堿共熔

B．CO2通入Na2SiO3溶液C．SiO2與大理石共熔D．SiO2和濃H2SO4共熱D制取4.78t玻璃(化學(xué)式表示為：Na2O·CaO·6SiO2)，同時(shí)能產(chǎn)生標(biāo)況下CO2氣體的體積是多少？解：n(Na2O·CaO·6SiO2)=4.78×106g/478g.mol-1=1x104mol由原子守恒得n(Na2CO3)=n(CaCO3)=n(Na2O·CaO·6SiO2)=1x104moln(CO2)=n(Na2CO3)+n(CaCO3)=2x104molV(CO2)=22.4L/mol×2x104mol=448x103L=448m3練習(xí)：1、有一種陶瓷，也是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，它可用于制造人造骨骼，這是利用這類材料的（）。

Ａ．耐高溫的特性

Ｂ．電學(xué)特性

Ｃ．光學(xué)特性

Ｄ．生物功能

D2、我國(guó)及美國(guó)、日本等國(guó)家都已研制出了一種陶瓷柴油機(jī)。這種柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面是用一種耐高溫且不易傳熱的材料制造的，這種材料是（）A氧化鋁陶瓷B氮化硅陶瓷C光導(dǎo)纖維

D玻璃鋼B3、光纖通信70年代后期發(fā)展起來(lái)的一種新型通信技術(shù)，目前長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)已投入使用，光纖通信的光學(xué)纖維是由下列哪種物質(zhì)經(jīng)特殊工藝制成的()A碳B石英C鍺D硅B4、下列哪些材料是新型無(wú)機(jī)材料①氧化鋁陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化鋁陶瓷⑤氮化鈦陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化銅陶瓷()A①②③B①③④⑤C①⑤⑥D(zhuǎn)全部D5、碳化硼(Ｂ4Ｃ3)陶瓷硬度大、熔點(diǎn)高，具有化學(xué)惰性。據(jù)此判斷，下列不能作為碳化硼陶瓷用途的是（）。

Ａ．作耐磨材料

Ｂ．作潤(rùn)滑材料

Ｃ．制切削工業(yè)

Ｄ．制耐腐蝕材料

B6、氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300℃時(shí)反應(yīng)獲得。(1)根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是____Ａ制氣輪機(jī)葉.Ｂ制有色金屬.Ｃ制永久性模具.Ｄ制造柴油機(jī)。(2)寫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖__，根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫出氮化硅的化學(xué)式___(3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)，試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式_______