5.3 无机非金属材料 课件 2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化学生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 （硅酸盐材料、新型无机非金属材料） 人教版·高中化学·必修2 无问西东 功不唐捐 材料——人类赖以生存和发展的物质基础 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。 如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。 硅酸盐工业的特点： 一、传统硅酸盐材料 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。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相结合，形成四面体结构。 二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示Si与O的原子个数比为1:2,所以不是分子式而是化学式。 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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 [SiO2]四面体结构 1、陶瓷 唐三彩 传统陶瓷的制备： 以黏土（含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成。 2、玻璃 资料卡片 含铅（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。 种类 特性 用途 石英玻璃 膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光 化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等 光学玻璃 透光性能好，有折光和色散性 眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器 玻璃纤维 耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫 太空飞行员的衣服，玻璃钢等 钢化玻璃 耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂 运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等 普通硅酸盐水泥的生产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，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。 3、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， 一系列新型无机非金属材料相继问世。 1、单质硅 高纯硅的制备： 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。 高纯硅的制备： 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 1、单质硅 应用 半导体材料 芯片 晶体管 太阳能电池 人造卫星 应用及存在 玛瑙 沙子 光导纤维（光纤） 水晶 石英 2、二氧化硅 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用做黏合剂和防火剂，实验室盛放碱溶液的玻璃试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞 习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。 特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。 战斗机上应用了陶瓷材料 3、新型陶瓷 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构 碳化硅（SiC） 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，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 4、碳纳米材料 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的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，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。 （1）、富勒烯 碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 （2）碳纳米管 石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 （3）石墨烯 小结 EVCapture4.1.2软件录制 Lavf57.62.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$