資源簡介

(共24張PPT)
1、通過閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。
2、通過學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
思考與討論
你知道材料是怎么分類的嗎？
復(fù)合材料：由兩種或兩種以上的材料按照一定的方式組成的材料。
高分子材料：纖維、橡膠、樹脂、塑料
材料
金屬材料：純金屬材料和合金材料
無機非金屬材料：傳統(tǒng)和新型
思考與討論
傳統(tǒng)無機非金屬材料有哪些？新型無機非金屬材料有哪些？
傳統(tǒng)無機非金屬材料
新型無機非金屬材料
無機非金屬材料
陶瓷
玻璃
水泥
晶體硅
二氧化硅
碳納米管
新型陶瓷
石墨烯
這些無機非金屬材料各有什么特性和用途？
一、傳統(tǒng)無機非金屬材料
黏土（含水的鋁硅酸鹽）
高溫?zé)Y(jié)
圖5-19 我國古代燒制的精美瓷器
建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具
陶瓷
原料：
條件：
用途：
性能：
熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定
1、陶瓷
你能列舉出一些陶瓷制品嗎？
一、傳統(tǒng)無機非金屬材料
純堿、石灰石、石英沙（SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、玻璃纖維
玻璃
原料：
主要成分：
用途：
性能：
透光性好、硬度大、無固定熔點
2、玻璃
玻璃為什么會有顏色呢？
生產(chǎn)中采用不同的原料和工藝，可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有鉛的原料制造的光學(xué)玻璃，透光性好，折射率高，可以用來制造眼鏡、照相機和光學(xué)儀器的透鏡；加入硼酸鹽制成耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化的玻璃，可用于實驗室使用的玻璃儀器；加入一些金屬氧化物或鹽可以得到彩色玻璃，常用于建筑和裝飾。
圖5-21金屬氧化物可以使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色
資料卡片
一、傳統(tǒng)無機非金屬材料
黏土、石灰石
水泥回轉(zhuǎn)窖
建筑、水利、道路等工程中
水泥
原料：
設(shè)備：
用途：
性能：
遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定
3、水泥
水泥中為什么要加入石膏呢？
思考與討論
1、傳統(tǒng)無機非金屬材料都是硅酸鹽材料嗎？
2、傳統(tǒng)無機非金屬材料有哪些共性？為什么？
耐高溫、抗腐蝕、硬度高
陶瓷、玻璃、水泥等材料及它們的制品在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。由于這些材料的化學(xué)組成大多屬硅酸鹽類，所以一般稱為硅酸鹽材料。
傳統(tǒng)無機非金屬材料還有耐火材料、搪瓷、研磨材料（氧化硅、氧化鋁、碳化硅）等。
硅酸鹽的結(jié)構(gòu)
在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。每個 Si 結(jié)合 4 個 O，Si 在中心，O 在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。
圖5-18硅氧四面體的結(jié)構(gòu)示意圖
O
O
O
Si
O
資料卡片
二、新型無機非金屬材料
1、晶體硅
硅晶片
硅太陽能電池
芯片
二極管
自然界中硅以硅酸鹽和氧化物的形式存在，如何獲得高純硅呢？
高純硅的制備
資料卡片
工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。
焦碳
石英砂
HCl
H2
粗硅
1 800～2000℃
300℃
SiHCl3
圖5-23工業(yè)制備高純硅的原理示意圖
高純硅
1 100℃
二、新型無機非金屬材料
2、二氧化硅
瑪瑙
水晶
光導(dǎo)纖維
石英
二、新型無機非金屬材料
3、新型陶瓷
耐高溫碳化硅陶瓷
超導(dǎo)陶瓷
高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷和超導(dǎo)陶瓷
二、新型無機非金屬材料
4、碳納米材料
碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
富勒烯的代表C60
富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱。
用C60作車輪的納米汽車
二、新型無機非金屬材料
4、碳納米材料
碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
碳納米管
碳納米管可以看成是石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。
比表面積大
優(yōu)良的電學(xué)性能
相當(dāng)高的強度
性能
生產(chǎn)復(fù)合材料
電池
傳感器
用途
單層石墨
4、碳納米材料
碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
二、新型無機非金屬材料
動力電池
超輕海綿
石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨。
電阻率低
熱導(dǎo)率高
很高的強度
性能
光電器件
超級電容器
電池和復(fù)合材料
用途
分類 名稱 性能 主要用途
傳統(tǒng)硅酸鹽材料 陶瓷
玻璃
水泥
新型無機非金屬材料 晶體硅
二氧化硅
新型陶瓷
碳納米管
石墨烯
幾種無機非金屬材料的對比
建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具
熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定
建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、玻璃纖維
透光性好、硬度大、無固定熔點
建筑、水利、道路等工程中
遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定
導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間
半導(dǎo)體材料、芯片、太陽能電池
性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好
光導(dǎo)纖維、玻璃儀器、裝飾品等
分別具有光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面特性
激光、火箭發(fā)動機、點火器、磁懸浮、人工關(guān)節(jié)等
比表面積大、電學(xué)性能好、強度大
傳感器、電池、復(fù)合材料等
電阻率低、熱導(dǎo)率高、強度大
光電器件、超級電容、電池、復(fù)合材料等
練習(xí)1、下列敘述錯誤的是（ ）
A、硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在
B、硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料
C、高純度的硅可用于制造計算機芯片
D、二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃
A
練習(xí)2、下列物品或設(shè)施：
①陶瓷餐具 ②磚瓦 ③混凝土橋墩 ④門窗玻璃 ⑤水晶鏡片
⑥石英鐘 ⑦水晶項鏈 ⑧硅太陽能電池 ⑨石英光導(dǎo)纖維 ⑩計算機芯片
（ 1）含有硅單質(zhì)的是 （填序號，下同）。
（ 2）含有二氧化硅的是 。
（ 3）含有硅酸鹽的是 。
⑧⑩
⑤⑥⑦⑨
①②③④
練習(xí)3、氮化硅是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，它的熔點高，硬度大，電絕緣性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但生產(chǎn)成本較高。
（ 1）根據(jù)以上描述，推測氮化硅可能有哪些用途： （填字母）。
A、制作坩堝 B、用作建筑陶瓷
C、制作耐高溫軸承 D、制作切削刀具
（2）請畫出氮和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并根據(jù)元素周期律的知識，寫出氮化硅的化學(xué)式。
ACD
Si3N4

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