5.3 无机非金属材料 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第三节 无机非金属材料 第五章 化工生产中的重要非金属元素 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、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需的材料。 材料按照化学组成和特性来分： 无机非金属材料 金属材料 高分子材料： 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 第 页 1 传统的硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 水泥 第 页 由硅、氧和金属组成的化合物的总称； 一、硅酸盐的组成、结构和性质、表示方法： 3、性质： 大多数难溶于水、硬度高 、耐高温、 耐腐蚀、化学性质稳定；少数可溶，如Na2SiO3，K2SiO3等。 2、结构： 在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为2个四面体所共有。 1、概念： 1.陶瓷： 以黏土（含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成。 二、常见的硅酸盐产品： 2.玻璃： 原料 ：纯碱、石灰石、石英砂（SiO2） 混合、粉碎、熔融 主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 资料卡片 含Pb原料制造光学玻璃，制造眼镜、照相机、光学仪器透镜。 加入硼酸盐制耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器。 加一些金属氧化物或盐可得到彩色玻璃，用于建筑和装饰。 用 途： 建筑材料、光学仪器、器皿、玻璃纤维等 生产设备：玻璃熔炉 【思考交流】 1.生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应?试写出反应的化学方程式。 2.玻璃有固定熔沸点吗？为什么？ 混合物没有固定的熔沸点。 3.水泥——建筑的基石 水泥 原料： 工业设备： 黏土、石灰石、石膏 水泥回转窑 混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合 石膏的作用： 条件： 高温煅烧 调节水泥硬化速率 【归纳总结】 黏土 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2） Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料 黏土和石灰石以及其他辅料 大量用于建筑和水利工程 第 页 2 新型无机非金属材料 硅和二氧化硅 新型陶瓷 碳纳米材料 1、单质硅 应用 半导体材料 芯片 晶体管 太阳能电池 硅的化学性质 高纯硅单质的制备 工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅，将粗硅进一步提纯得到高纯硅。 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 焦炭 1800-2000℃ 300℃ 1100℃ H2 HCl 粗硅 （高纯硅 99.9999999％） 应用及存在 玛瑙 沙子 光导纤维（光纤） 水晶 石英 2、二氧化硅 SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。 天然二氧化硅叫硅石；结晶的二氧化硅叫石英。 二氧化硅可用来生产光导纤维。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。 光导纤维主要特性：①抗干扰性能好，不发生辐射； ②通讯质量好；③质量轻、耐腐蚀。 思考与交流 根据以往所学、本节内容，尝试总结SiO2的化学性质。 SiO2能通过与水的反应生成H2SiO3体现其酸性氧化物通性吗？ 拓展：硅酸钠的性质 【信息】 已知碳的非金属性强于硅，则碳酸的酸性比硅酸（强还是弱？）请利用这一性质分析解释硅酸钠溶液久置空气中会有什么现象？ （1）与酸反应（强酸制弱酸） （2）防火材料 三、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、磁学等方面有很多新的特性和功能。 氮化硅陶瓷 氧化铝陶瓷 碳化硅陶瓷 【科学·技术·社会】 压电陶瓷： 透明陶瓷： 主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。 主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 超导陶瓷： 在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。 高温结构陶瓷： 一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。 四、碳纳