第03课时 无机非金属材料-【寒假自学课】2023年高中化学寒假精品课（人教版2019必修第二册）

学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 第03课时 无机非金属材料 学习目标： 1．掌握常见的非金属材料 2．掌握硅及其化合物的性质 3．了解传统非金属材料与新型非金属材料 重点： 1．硅及其化合物材料的性质 2．非金属材料的优点 难点： 1. 硅及其化合物材料 开启新世界 初中时，我们学习了金属材料，金属材料包括___________和___________，其中__________是混合物，常见的合金有_________________等。 而非金属材料也是人们使用较多。从组成上看，许多无机非金属材料包含有硅、氧等元素，具有耐高温，抗腐蚀，硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必须的材料。 一．硅酸盐材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日程生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si与O构成了硅氧四面体，其结构图如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相互结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 1．陶瓷 陶瓷是以粘土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。我国具有悠久的陶瓷制历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前，陶瓷人在人类的生活和生产中扮演着重要的角色，得到了广泛的应用，如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 瓷碗 景德镇瓷器 陶瓷绝缘子 2．玻璃 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3，CaSiO3和SiO2，他是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料，光学仪器和各种器皿，还可以制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。 玻璃器皿 玻璃三棱镜 玻璃幕墙 3．水泥 普通硅酸盐水泥的生产是以黏土和石灰石为主要原料，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量的石膏，调节水泥硬化速率，在磨成细粉质就可就能得到普通水泥。水泥沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。 长江三峡大坝使用了大量水泥 二．新型无机非金属材料 随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型的无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素材料，如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代化信息技术的基础材料；还有一些含有碳，氮等其他元素，在航天，能源和医疗等领域有着广泛的应用。 1．硅和二氧化硅 现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。位于元素周期表_______________________的硅元素，正好处于金属与非金属的过度位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。 高纯度硅的生产流程高温 基本原理：SiO2＋2C====Si＋2CO↑ 反应②的化学方程式： 反应③的化学方程式： 高纯度硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电源、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池。 用于制作芯片的硅晶片 用在天宫号空间站的硅太阳能电池 光导纤维 二氧化硅可用来生成光导纤维。光导纤维的通信容量大、抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 2．新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学，磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如碳化硅（SiC），俗称金刚砂，其中的碳原子与硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的耐高温，抗氧化性能，使用温度可达1600℃，大大超过了普通金属材料所所能承受的温度，可用作耐高温材料，耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3．碳纳米材料 碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料主要包括富勒希、碳纳米管、石墨烯等在能源、信息、医疗等领域有着广阔的应用前景。 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼状分子的总称，其中C60是富勒烯的代表物，C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启碳纳米材料研究的研究和应用的新时代。 用C60作这轮的“纳米汽车” 碳纳米管可以看作是由石墨片层卷成管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的表面极大，有相当高的强度和优良的导电性