高中化學(xué)專題3豐富多彩的生活材料第二單元功能各異的無機非金屬材料課件省公開課一等獎新名師獲獎P

第二單元功效各異無機非金屬材料1/29

無機非金屬材料種類繁多，功效各異，應(yīng)用十分廣泛，其歷史可追溯到遠古時代。從我們祖先用黏土制作陶器，到當代人經(jīng)過光導(dǎo)纖維通訊聯(lián)絡(luò)，人類利用自然界提供各種資源，研制了許許多多無機非金屬材料。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂锰沾伞⒉Ａ髅?，煤氣爐具點火裝置使用壓電陶瓷，電器設(shè)備中半導(dǎo)體材料，電視顯像管中熒光粉，磁帶和磁性陶瓷使用磁性材料，醫(yī)療中使用人造牙齒等，都屬于無機非金屬材料。2/293/29一、生活中的硅酸鹽材料石器——燧石取火硅酸鹽——水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅——光導(dǎo)纖維單晶硅——集成電路傳統(tǒng)材料人類文明發(fā)展史新型材料信息材料4/291．從黏土到陶瓷

科學(xué)家用五個里程碑和三大技術(shù)突破來總結(jié)中國陶瓷整個發(fā)展過程：1。新石器時代早期陶器出現(xiàn)；2。新石器時代晚期印紋硬陶和商、周時期原始瓷燒制成功；3。漢晉時期南方青釉瓷誕生；4。隋唐時期北方白釉瓷突破；5。宋代到清代顏色釉瓷、彩繪瓷和雕塑陶瓷輝煌成就。5/29傳統(tǒng)陶瓷工藝

陶器和瓷器坯體都是用黏土制成，制作瓷器黏土較純凈。普通陶器較為粗糙，有不一樣程度滲透性。假如在坯體上涂上彩釉，燒制后可得到表面光滑、不滲水、色彩絢麗陶瓷器具。6/292．形形色色玻璃

采光、隔熱及裝飾都需要使用玻璃。色彩斑斕玻璃器皿和玻璃工藝品美化了人們生活。普通玻璃暗綠色、淺棕色是因為分別含有氧化亞鐵和氧化鐵等雜質(zhì)。主要原料主要設(shè)備主要成份發(fā)生主要反應(yīng)純堿石灰石石英

玻璃熔爐

Na2SiO3CaSiO3SiO2

7/29資料卡玻璃結(jié)構(gòu)特點——玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃是無定形硅酸鹽混合物，屬于玻璃態(tài)物質(zhì)。玻璃態(tài)物質(zhì)粒子不像晶體那樣有嚴格空間排列，但也不完全是無規(guī)則排列。人們把這種結(jié)構(gòu)特征稱為“短程有序、遠程無序”，就是說從小范圍看它有一定晶型排列，從整體上看卻無晶型排列規(guī)律。玻璃態(tài)物質(zhì)沒有固定熔點，能夠在某一溫度范圍內(nèi)逐步軟化變成液態(tài)。在軟化狀態(tài)時，玻璃可吹制或軋成一定形狀制品。8/29

對普通玻璃進行處理能夠改進玻璃性能。鋼化玻璃機械強度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不會形成有棱角碎片；刻花玻璃上雕刻有各種精美花紋圖案；鍍膜玻璃能夠做鏡子、玻璃幕墻等。你知道它們是經(jīng)過怎樣工序加工制得嗎?9/2910/29變色玻璃

在玻璃中加入適量溴化銀(AgBr)和氧化銅微小晶粒，經(jīng)過適當熱處理，能夠制成變色玻璃。當強光照射到玻璃上，溴化銀分解為銀和溴單質(zhì)，分解出銀原子聚集成銀微小晶粒，使玻璃展現(xiàn)暗棕色，能擋住大部分光線。光線變暗，銀和溴在氧化銅催化作用下，重新生成溴化銀。于是玻璃顏色自動變淺，透光性增強。11/29玻璃加工1。玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就能夠得到鋼化玻璃。2。氫氟酸(HF)對玻璃含有腐蝕作用，可用于在玻璃上雕刻各種精美圖案，也可用于在玻璃儀器(量筒、滴定管等)上標注刻度及文字。氫氟酸與玻璃發(fā)生反應(yīng)能夠表示為：

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O3。在玻璃表面鍍金屬膜能夠制得鍍膜玻璃。鍍膜玻璃外形美觀，還能夠阻擋紅外線及紫外線穿透。在玻璃上鍍銀、真空鍍鋁是制造鍍膜玻璃慣用方法。12/29

在一個潔凈小試管中加入2mL2％AgNO3溶液，慢慢滴加2％氨水，邊滴加邊振蕩試管，直到產(chǎn)生沉淀恰好溶解為止。再向試管中滴加1～2滴10％氫氧化鈉溶液，隨即加入3mL10％葡萄糖溶液，用溫水浴加熱幾分鐘，觀察發(fā)生現(xiàn)象。試驗錄像13/29玻璃加工4。玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就能夠得到鋼化玻璃。5。夾層玻璃

夾層玻璃受到撞擊時只會裂開，而不會粉碎。夾層玻璃共有三層，兩層玻璃夾著厚度約為0.76mm中間層。夾層玻璃中間層材料通常為性能很好聚乙烯醇丁醛（PVB）。當玻璃受到撞擊而損壞時，中間膠片便可粘著外面玻璃，預(yù)防碎片四處飛散。玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃14/29幾個玻璃特征和用途種類特征用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯彩色玻璃氧化鈷（Co2O3)藍色氧化亞銅（Cu2O)紅色二氧化錳（MnO2)紫紅色氟化鈣（CaF2)乳白色鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震裂運動器材，微波通訊器材，汽車、火車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、防蟲蛀太空飛行員衣服、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，攝影機、顯微鏡、望遠鏡等中凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強度大、濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等有機玻璃高度透明性，機械強度高，重量輕，易于加工15/29主要原料主要設(shè)備主要成份性質(zhì)應(yīng)用粘土石灰石石膏水硬性水泥回轉(zhuǎn)窯3CaO·SiO22CaO·SiO2

3CaO·Al2O3水泥沙漿混凝土鋼筋混凝土

3．硅酸鹽水泥

水泥是最慣用建筑材料右圖是1949——1998年我國水泥產(chǎn)量示意圖16/29檢索咨詢

水泥(cement)硬化過程能夠分為兩個階段。第一階段是水泥加水后逐步發(fā)生水化反應(yīng)，從含有可塑性與流動性水泥漿，變成非流動性水泥顆粒并喪失可塑性。第二階段是水泥顆粒逐步吸收水，深入發(fā)生水化反應(yīng)，硬化成機械強度高固體。水泥硬化17/29

煉鋼廠排出爐渣主要含有哪些成份?為何在煉鋼廠附近常建有水泥廠?請從資源充分利用角度談?wù)勥@么布局好處。

硅酸鹽水泥品種日益擴大，白水泥、快干水泥、彩色水泥等已越來越為人們所熟悉。其中，彩色水泥主要用來配制彩色水泥漿，可用于建筑飾面刷漿以及室外墻面裝飾等，含有特殊裝飾效果。在建筑工程中，水泥和沙、碎石、水按一定百分比混合，以鋼筋作結(jié)構(gòu)，硬化后形成結(jié)構(gòu)堅固鋼筋混凝土。18/2919/29水泥不宜久存生活向?qū)?/p>

保留不妥或存放時間太長會造成水泥受潮結(jié)塊，影響水泥強度。受潮后水泥表面結(jié)塊，從而喪失凝聚力，造成強度下降。輕微結(jié)塊水泥，強度降低10％～20％。即使在良好儲存條件下，水泥也不宜儲存過久．因為水泥會吸收空氣中水分和二氧化碳，發(fā)生質(zhì)變。據(jù)統(tǒng)計，儲存三個月后，水泥強度降低10％～20％，六個月后降低15％～30％，一年后降低25％～40％。購置水泥時要了解水泥生產(chǎn)日期。20/29二、光導(dǎo)纖維和新型陶瓷材料

光導(dǎo)纖維和各種新型陶瓷開發(fā)和應(yīng)用不但為高科技發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)材料，也提升了人們生活質(zhì)量。光導(dǎo)纖維在信息工程中應(yīng)用，使人們能夠坐在家中經(jīng)過信息網(wǎng)絡(luò)獲取信息，聯(lián)絡(luò)親友。新型高強度陶瓷材料出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)陶瓷脆性。由光導(dǎo)纖維組成光纜能夠代替通訊電纜，用于光纖通信，傳送高強度激光。光纖通信容量比微波通信大103～104倍，而且傳輸速度快。用光纜代替通訊電纜能夠節(jié)約大量有色金屬。據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)lkm長光纜只需幾克超純石英玻璃，約可節(jié)約銅1.1t。21/291．光導(dǎo)纖維制造與應(yīng)用

把氧氣和四氯化硅蒸氣混合氣體經(jīng)過在高溫爐中旋轉(zhuǎn)和移動石英管，能反應(yīng)生成二氧化硅。把得到沉積在管內(nèi)二氧化硅熔化，形成“玻璃棒”，在1900～℃高溫下再將其熔化、拉制成粗細均勻光纖細絲。SiCl4(g)＋O2(g)1300℃SiO2＋2Cl2(g)

用于鋪設(shè)光纖通訊線路光導(dǎo)纖維是由若干條柔韌、沒有脆性、有高折射率光纖細絲(直徑在10μm以下)用聚丙烯或尼龍?zhí)装瞥伞?2/29

光纖通信較之普通電纜通信有許多突出優(yōu)點。首先，光纖通信有巨大信息容量，一根頭發(fā)絲那么細光導(dǎo)纖維能夠通幾萬路電話或2000路電視。假如用許多根光導(dǎo)纖維組合成光纜，它通信容量更大得驚人。其次，光纖通信不受外界電磁場干擾，工作穩(wěn)定可靠，保密程度高。第三，光纖通信損耗低，當前無中繼傳送距離普通為30～70km(而同軸電纜每隔1．5km就需設(shè)置一個中繼站，來賠償電信號在傳輸中損耗)，很適合遠距離信息傳輸。當前，人們已建成大西洋海底光纜(全長約7000km)。計劃中南太平洋光纜(全長約16000km)也正在緊鑼密鼓準備之中。深入降低光纖損耗，降低中繼站數(shù)目，甚至不用中繼站，是人們下一步目標。23/29

醫(yī)生好助手 當前，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上，普遍使用一個連接著許多光纖胃鏡。這些光纖并成一束，束中各條光纖相對位置保持不變。把胃鏡插入病人胃里，胃鏡接收到光線沿著這些光纖傳到體外。每條光纖中光僅反應(yīng)胃中一小點情況，整束光纖中光就拼合成胃里某一部分圖像。光纖胃鏡光源是在體外由光纖傳進去，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人痛苦。在光導(dǎo)纖維一頭裝上精巧小巧微型鏡頭，將胃內(nèi)情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。還能夠在胃鏡光纖中留出空通道，以插入切取生理切片鑷子。 因為光纖又細又軟，故可將醫(yī)生用來觀察人體內(nèi)部病變情況內(nèi)窺鏡做得小巧玲瓏。胃鏡是內(nèi)窺鏡中比較粗一個，但也只有15mm左右，其它如食道鏡、膀胱鏡還要細小得多。可見：光導(dǎo)纖維應(yīng)用，使醫(yī)用內(nèi)窺鏡從結(jié)構(gòu)到功效都發(fā)生了主要改變。 近年來，一個激光光纖藥頭內(nèi)窺鏡碎石系統(tǒng)已研制成功。這種系統(tǒng)利用胃鏡把帶有藥頭光纖導(dǎo)管送入胃中，然后沿光纖通入激光。激光能夠像引爆雷管一樣，使藥頭炸裂并產(chǎn)生沖擊波，擊碎胃石，再用胃鏡把碎石取出。利用該系統(tǒng)已成功地擊碎大小為8cm×10cm×6cm胃石并取出碎石。這種系統(tǒng)還能夠用來治療膀胱結(jié)石、輸尿管結(jié)石和膽結(jié)石等疾病。 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上另一個主要應(yīng)用是經(jīng)過微細光纖將高強度激光輸入人體病變部位，用激光來切除病變部位。這種手術(shù)不用切開皮膚和切割肌肉組織，降低了病人痛苦，而且切割部位準確，手術(shù)效果好。24/29

陶瓷應(yīng)用新天地當宇宙飛行器完成航天任務(wù)返回地球時，它面臨著與隕星一樣處境。研究結(jié)果表明：當宇宙飛行器飛行速度等于聲速3倍時，其前端溫度可達330℃；當飛行速度等于6倍聲速時，可達1480℃。宇宙飛行器邀游太空歸來，抵達離地面60～70km高度時，其速度仍保持在聲速20多倍，溫度在10000℃以上，這么高溫足以把宇宙飛行器化作一團熊熊烈火。高速帶來了高溫，這似乎是一道不可逾越障礙。人們把這種障礙稱為“熱障”。怎樣使宇宙飛行器克服“熱障”，安全地返回地面呢?科學(xué)家在分析了“宇宙不速之客”——隕石后發(fā)覺，隕石表面雖已熔融，但里面化學(xué)成份沒有改變。這說明隕石在下落過程中，盡管表面因摩擦生熱產(chǎn)生幾千度高溫而熔融，但因為穿過大氣層時間很短，熱量還來不及傳到隕石內(nèi)部。這給科學(xué)家以啟發(fā)：讓宇宙飛行器頭部戴一頂用燒蝕材料做成頭盔”，把重返大氣層時摩擦產(chǎn)生熱量消耗在燒蝕材料熔融、氣化等一系列物理和化學(xué)改變中，“丟卒保車”，抵達保護宇宙飛行器目標。25/292．新型陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）功效陶瓷含有機械功效、熱功效和部分化學(xué)功效陶瓷，如納米陶瓷。含有電、光、磁、化學(xué)和生物特征，且有相互轉(zhuǎn)換功效陶瓷屬于功效陶瓷，如生物陶瓷等。結(jié)構(gòu)陶瓷制品生物陶瓷制品26/29透明陶瓷和納米陶瓷普通陶瓷因為內(nèi)部有雜質(zhì)和氣孔而不透明。用高純度原料可取得透明陶瓷。這些透明陶瓷不但光學(xué)性能優(yōu)異，而且耐高溫，熔點普通都在2000℃以上。透明陶瓷透明度、強度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高壓鈉燈，發(fā)光效率比高壓汞燈高一倍，使用壽命可達2萬小時。

人們把陶瓷粉體顆粒加工到納米級，便得到了納米陶瓷。納米陶瓷成功地處理了陶瓷易碎問題。納米陶瓷還含有延展性，如室溫下合成Ti02陶瓷能夠彎曲，塑性、韌性好。納米氧化鋯陶瓷顆粒27/291．了解生活中無機非金屬材料應(yīng)用與