非金屬與非金屬材料

非金屬與非金屬材料第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如第3周期氯化物熔點(diǎn)依次：高——低正離子元素NaMgAlSiPS

電荷+1+2+3+4+5+6離子的半徑—————依次變小離子的極化力—————依次增強(qiáng)Cl-被極化程度

—————依次增大氯化物鍵型離子鍵—————共價(jià)鍵晶型離子晶體————分子晶體熔點(diǎn)高————————低10⑶解釋：第2頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

包括兩種情況：

①熱分解,如:2HgO→2Hg+O2

②

置換，如:2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe

前者可用ΔfH判斷；后者可用ΔG-T

圖判斷。大多數(shù)氧化物穩(wěn)定,不分解。少數(shù)不活潑金屬氧化物受熱會(huì)分解：

2Ag2O→4Ag+O2

鹵素氧化物最不穩(wěn)定，低溫下即分解。16OF2是氟化物3氧化物的穩(wěn)定性第3頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三含氧酸及其鹽鹽由兩部分組成：

正離子：17酸根：無氧酸根，含氧酸根，負(fù)配離子

如：Cl-S2-SO42-CO32-[Fe(CN)6]3-

此處討論含氧酸的鹽。金屬離子，金屬氧根，

正配離子

如：K+Cu2+SbO+TiO2+[Cu(NH3)4]2+第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

CO2水溶液中，含有大量CO2·H2O，少量H2CO3。

⑴H2CO3的解離：

H2CO3HCO3-H++HCO3-

KΘ1=4.3×10-7H++CO32-

KΘ2=5.2×10-11⑵鹽的溶解度：

①

ⅠA（除Li+），NH4+外皆難溶。18假定溶于水中的CO2

全部轉(zhuǎn)化為H2CO31碳酸及其鹽第5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②易溶鹽的酸式鹽NaHCO3難溶；難溶鹽的酸式鹽Ca(HCO3)2易溶。⑶熱穩(wěn)定性：

正鹽>酸式鹽>酸

如：CaCO3Ca(HCO3)2H2CO3

可用熱分解溫度衡量碳酸鹽的穩(wěn)定性。如：ⅡA碳酸鹽BaCO3SrCO3CaCO3MgCO3熱分解溫度/℃1292109884155819第6頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

熱分解溫度—碳酸鹽分解出的p(CO2)達(dá)到101325Pa時(shí)的溫度。此溫度可用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算。①無論濃稀都有氧化性，還原產(chǎn)物很多：N2O、NO、NO2、N2、NH4+等，決定于酸的濃度和還原劑。202硝酸（亞硝酸）及其鹽

⑴HNO3

第7頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②可鈍化某些金屬，如：Ti、Cr、Al、

Fe、Co、Ni；⑵硝酸鹽

多不穩(wěn)定

活潑金屬

2NaNO3→2NaNO2+O2

Mg-Cu之間

2Pb(NO3)2→2PbO+4NO2+O2

Ag后金屬

2AgNO3→2Ag+2NO2+O2其分解情況有三（視金屬的活潑性）：21③王水由于HNO3的氧化能力和Cl-配合物的形成而具有很強(qiáng)的溶解能力。第8頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酸性介質(zhì)中，氧化性為主；

遇強(qiáng)氧化劑，表現(xiàn)還原性。3硫的含氧酸及其鹽

⑴H2SO4

①

濃酸具有氧化性。還原產(chǎn)物多種；

②有鈍化作用,如:TiAlCrFeCoNi

③

沸點(diǎn)(338℃)高,做熱浴，制揮發(fā)酸。⑵硫酸鹽

溶液無氧化性，熱穩(wěn)定性強(qiáng)。22⑶HNO2

兼具氧化還原性：第9頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

①有氧化性(因含-O-O-)EΘ=2.01V5(NH4)2S2O8+2MnSO4+8H2O—Ag+→2HMnO4+5(NH4)2SO4+7H2O

②

穩(wěn)定性差，加熱分解：

(NH4)2S2O8→(NH4)2SO4+SO2+O2(4)亞硫酸鹽

兼具氧化、還原性。主要在堿性介質(zhì)中做還原劑。23⑶過硫酸銨(NH4)2S2O8第10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Na2SO3+Cl2+H2O→Na2SO4+2HClNa2SO3+2KMnO4+2KOH→Na2SO4+2K2MnO4+H2O(5)Na2S2O3

常用的還原劑，用于吸氯：

S2O32-+4Cl2+5H2O→2SO42-+10H++8Cl-

用于測(cè)I2：

2S2O32-+I2→S4O62-+2I-

EΘ=0.08V24第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

⑴

氯有四種含氧酸,皆有氧化性，

HClOHClO2HClO3HClO4

其氧化性：依次增強(qiáng)可見氧化性與氧化數(shù)無關(guān)。

⑵

鹽：

Ca(ClO)2·CaCl2漂白粉,用于殺菌消毒;25KClO3KClO4NH4ClO4高溫時(shí)皆氧化劑分解出大量氣體,可用于火柴焰火炸藥。4氯的含氧酸及其鹽第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2KClO3→2KCl+3O2NH4ClO4→N2+6H2O+4HCl+5O25含氧酸鹽熱穩(wěn)定性的規(guī)律：

酸不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的鹽亦不穩(wěn)定；正鹽>酸式鹽>酸(同一種酸)

堿金屬鹽>堿土金屬>過渡金屬>銨

(同一酸根)高氧化值鹽>低氧化值鹽(同一成酸元素)（NaNO3<NaNO2例外）26如:第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)新型無機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介一半導(dǎo)體材料

1半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理——金屬的能帶理論

根據(jù)分子軌道理論（MO法），二相鄰原子的相應(yīng)原子軌道可以組成總數(shù)目相同的分子軌道。金屬晶體中，原子緊密堆積，原子數(shù)目很大，可以組合成很多分子軌道。這些分子軌道間能量差很小,形成了能帶。27第14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如，Na的3s1形成3s能帶：(σ*3s)(σ3s)能量較低的σ3s能帶充滿電子，稱滿帶；σ*3s能帶沒有電子，為空帶，又稱導(dǎo)帶,在滿帶和導(dǎo)帶之間有禁帶。28第15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四滿帶、禁帶、空帶之間有三種情況：①滿、導(dǎo)帶間無禁帶，電子可進(jìn)入導(dǎo)帶，此即導(dǎo)體導(dǎo)電；②滿、導(dǎo)帶間禁帶很寬（480kJmol-1），電子不能激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶，此即絕緣體；29第16頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③禁帶寬度較窄（96-290kJmol-1）電子可在小能量下激發(fā)到導(dǎo)帶，通常不導(dǎo)電。此即半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體中，滿帶中一個(gè)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，則導(dǎo)帶中有一個(gè)負(fù)電荷（電子）滿帶中有一個(gè)正電荷（空穴）。30第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四電子→正極；

空穴→負(fù)極這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電。其電導(dǎo)是電子和空穴的電導(dǎo)之和。2半導(dǎo)體種類

⑴單質(zhì)半導(dǎo)體①本征半導(dǎo)體：無雜質(zhì)單晶。需高能量激發(fā)電子，電子和空穴數(shù)目相等。31在電場(chǎng)中：第18頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②雜質(zhì)半導(dǎo)體：選擇性地?fù)饺腚s質(zhì)(單質(zhì)，不化合)如：32

n型—Si、Ge中摻入As、P(多一個(gè)價(jià)電子)

稱施主雜質(zhì)，電子導(dǎo)電；p型—Si、Ge中摻入B、In(少一個(gè)價(jià)電子)

稱受主雜質(zhì)，空穴導(dǎo)電。雜質(zhì)的軌道能級(jí)應(yīng)處于本征半導(dǎo)體禁帶寬度之中。第19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

許多化合物與合金具有半導(dǎo)體性質(zhì)，以ⅢA、ⅤA--ⅡB、ⅥB的化合物為主。⑴p-n結(jié)：p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸，以接觸電勢(shì)差對(duì)交流電起整流作用，對(duì)信號(hào)起放大作用；343半導(dǎo)體材料的特性和用處⑵化合物半導(dǎo)體第20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

⑵以半導(dǎo)體的電導(dǎo)-溫度關(guān)系做熱敏電阻，用于測(cè)溫；

p-n結(jié)中，半導(dǎo)體受光照，電子進(jìn)入導(dǎo)帶。此時(shí)，電子進(jìn)入n區(qū),空穴進(jìn)入p區(qū)，35⑶太陽能電池：以半導(dǎo)體的電導(dǎo)-光照關(guān)系做光敏電阻，用于光電控制、靜電復(fù)??；第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四形成電勢(shì)差，同時(shí)產(chǎn)生電子和空穴——光生伏特效應(yīng)。二超導(dǎo)材料1超導(dǎo)現(xiàn)象及臨界條件①1911年發(fā)現(xiàn)，Hg在4.2K附近,電阻突然消失.金屬的這種特殊狀態(tài)稱超導(dǎo)態(tài)。向超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度叫超導(dǎo)臨界溫度Tc。36第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四超導(dǎo)態(tài)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度也為零，即具有完全的抗磁性。當(dāng)磁場(chǎng)超過Hc時(shí),超導(dǎo)態(tài)被破壞。Hc叫臨界磁場(chǎng)；通過超導(dǎo)體的電流超過Ic后，超導(dǎo)態(tài)也被破壞。Ic叫臨界電流。

T>Tc，H>Hc，I>Ic超導(dǎo)態(tài)都被破壞，稱超導(dǎo)體的三大鄰界條件。37第23頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2超導(dǎo)材料目前已發(fā)現(xiàn)30種單質(zhì)，8000種金屬、合金、化合物具有超導(dǎo)性。1987年趙宗賢等，YBa2Cu3O7-x

(Tc=90K)1993年中-瑞合作，Hg-Ba-Cu-O

(Tc=133.5K)38第24頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三激光材料1激光的特點(diǎn):

①光源亮度高；②方向性極強(qiáng);③單色性極好.

2激光的產(chǎn)生:⑴

通常,物質(zhì)的粒子大多處于基態(tài),極少處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)粒子躍遷回基態(tài)放出熱(非輻射躍遷)和光（輻射躍遷）——自發(fā)輻射；39第25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⑵

若人為地使多數(shù)粒子處于激發(fā)態(tài)

——粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

⑶此時(shí)，以hν入射此工作物質(zhì)，激發(fā)態(tài)粒子受到激發(fā)而躍遷，輻射出的光子與入射光完全相同——受激發(fā)射。40第26頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

由于激發(fā)態(tài)粒子多而起到放大作用。受激發(fā)射所發(fā)出的光——激光。把上述過程持續(xù)下去的裝置——激光器。3激光器種類⑴固體激光器：

激活離子（產(chǎn)生激光的離子）：

Cr3+Mn2+Co3+Ni2+Ln3+（Nd3+）；基質(zhì)材料（傳播激光的介質(zhì)）：48第27頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Al2O3（晶體激光器）、釹玻璃（玻璃激光器）；⑵氣體激光器：原子氣體激光器,如He-Ne激光器；分子氣體激光器,如CO2激光器；離子氣體激光器。

⑶半導(dǎo)體激光器，

等。42第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

⑴加工：打孔、切割、焊接;四光導(dǎo)材料皮料—低折射率的玻璃；吸收料。43

⑵通訊：方向性、發(fā)散性好，可遠(yuǎn)距離傳輸。1光纖的組成：芯料—高折射率，高透光度，不析晶的玻璃；4應(yīng)用：第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

多組分玻璃光纖；復(fù)合材料光纖；石英光纖（高純度或摻雜）。

光在芯料和皮料界面上全反射，入射光封閉在芯料內(nèi)，經(jīng)過無數(shù)次全反射，鋸齒狀傳播。443.通信原理：2光纖材料：第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四光纜結(jié)構(gòu)圖第31頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

⑴

HClO4、H2SO3、H2SO4的酸性;

⑵

Sr(OH)2、Sc(OH)3、Y(OH)3的堿性;

⑶

FeCl3、PCl3、CaCl2的水解性;

⑷

MgCO3、CaCO3、ZnCO3、(NH4)2CO3的熱穩(wěn)定性。45例題：比較并簡(jiǎn)單說明下列物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)：第32頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⑴酸性：HClO4>H2SO4>H2SO3

成酸元素氧化值高者酸性強(qiáng)。

⑵堿性：Sr(OH)2>Y(OH)3>Sc(OH)3元素R的