資源簡介

(共28張PPT)
第五章 化工生產中的重要非金屬原元素
第三節 無機非金屬材料
視頻
1.認識陶瓷、玻璃、水泥等傳統硅酸鹽材料的生產原料、性能和主要用途，知道玻璃的主要成分。
2.認識晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途。
1.傳統無機非金屬材料有哪些？
2.新型無機非金屬材料有哪些？
3.這些無機非金屬材料各有什么特性和用途？
4.無機非金屬材料有哪些共性？
材料
金屬材料
無機非金屬材料
有機高分子材料
閱讀課本p19-24頁，回答問題。
知識點一：傳統硅酸鹽材料
兵馬俑
天津大劇院
港珠澳大橋
為什么硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩定、耐腐蝕等特點？
在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體，其結構如圖所示。每個Si結合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相結合。硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩定、耐腐蝕等特點。
1.陶瓷
我國古代燒制的精美瓷器
高壓輸電線路使用了陶瓷絕緣材料
衛浴
主要原料：黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）
特點：抗氧化、耐酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣
用途：建筑材料、絕緣材料、日常器皿、衛生潔具
2.玻璃
主要原料：純堿、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
生產設備：玻璃窯
反應原理：SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 ↑
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
高溫
高溫
特點：無固定熔點，在一定溫度范圍內軟化，
可加工成玻璃制品
用途：建筑材料、光學儀器、各種器皿、
還可制造玻璃纖維用于高強度復合材料
含鉛的光學玻璃
加入硼酸鹽的玻璃儀器
加入金屬氧化物的彩色玻璃
主要原料：黏土和石灰石
生產設備：水泥回轉窯
用途：水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，
大量用于建筑和水利工程
三峽大壩
3.水泥
知識點二：新型無機非金屬材料
1.硅和二氧化硅
翻看元素周期表，找出硅元素的位置，畫出其原子結構示意圖，并與碳原子比較。
半導體材料
【硅的原子結構】
硅原子和碳原子的最外電子層均有4個電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價的化合物。
Si
+14
8
4
2
+6
4
2
C
硅在地殼中含量僅次于氧，位于第二位
【硅的存在形式】
硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。
硅是一種親氧元素,在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。
【硅的制備】
①SiO2+2C === Si+2CO ↑ (粗硅)
高溫
②Si+3HCl === SiHCl3+H2
③SiHCl3+H2 === Si+3HCl （高純硅）
若C過量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑
高溫
碳化硅(俗名：金剛砂)
工業上用焦炭還原石英砂可制得含有少量雜質的粗硅
300℃
1100℃
提純
【硅的用途】
硅芯片
硅太陽能電池
【二氧化硅】
沙子
水晶
物理性質：難溶于水，熔點高，硬度大 ，不導電。
瑪瑙
石英
化學性質穩定，不活潑。
雕刻玻璃
SiO2＋4HF = SiF4↑＋2H2O
注：實驗室不用玻璃瓶盛裝氫氟酸！
【二氧化硅化學性質】
a.酸性氧化物
①與堿溶液反應：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
【已知】Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結力強、耐高溫等特性，
可以用作黏合劑和防火劑。
【思考】實驗室盛放堿溶液的試劑瓶應使用橡膠塞，還是玻璃塞？為什么？
應使用橡膠塞。因為玻璃中含有SiO2，與NaOH溶液反應生成的Na2SiO3的水溶液有黏性，會將玻璃塞與瓶口內側發生粘連而無法打開。
與堿性氧化物反應生成鹽
SiO2 + CaO === CaSiO3
高溫
與強堿反應生成鹽和水
SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 +H2O
③與HF的反應（ SiO2的特性）
SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
②不與水反應
與某些鹽的反應
SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2↑
高溫
①酸性氧化物
【二氧化硅的用途】
光導纖維（通信）
石英坩堝
玻璃儀器
精美瓷器
3.新型陶瓷
碳化硅（SiC）俗稱金剛砂
硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料
還具有優異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。
富勒烯
石墨烯
碳納米管（單壁）
碳納米管（多壁）
4.碳納米材料
電阻率低、熱導率高、強度大
比表面積大、電學性能好、強度大
1.“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯密色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、陶瓷和水泥均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是 （ ）
A. 玻璃是人類使用最早的硅酸鹽制品
B. 制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂
C. 硅酸鹽制品的性質穩定，熔點較高
D. 石英砂和黏土的主要成分均為硅酸鹽
C
練一練
2.盛放下列試劑的試劑瓶能用磨口玻璃塞的是（ ）
A. 氫氧化鈉溶液 B. 鹽酸
C. 硅酸鈉溶液 D. 氫氟酸
B
3.下列有關硅及其化合物用途的說法中，正確的是（ ）
A. 二氧化硅是制造太陽能電池的主要原料
B.在電子工業中，硅是重要的半導體材料
C.光導纖維是高純度的硅單質
D.可用石英坩堝加熱氫氧化鈉固體
B
4.下列有關二氧化硅的說法中，正確的是（ ）
A. 二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸
B. 二氧化硅既能與NaOH溶液反應，又能和氫氟酸反應，
所以二氧化硅是兩性氧化物
C. 二氧化硅制成的光導纖維，由于導電能力強而被用于制作光纜
D. 二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時
發生反應
D
5.下列有關無機非金屬材料的說法錯誤的是（ ）
A. 氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si3N4
B. 碳化硅（SiC）的硬度大，熔點高，可制作耐高溫軸承
C. 富勒烯C60是一種新型化合物
D. 超導陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，可用于磁懸浮技術
C
【歸納總結】
分類 名稱 性能 主要用途
傳統無機 非金屬材料 陶瓷 熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質穩定 建筑材料、日常器皿、
衛生潔具
玻璃 透光性好、硬度大、 無固定熔點 建筑材料、各種器皿、
光學儀器等
水泥 遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質穩定 大量用于建筑、水利、
道路等工程中
分類 名稱 性能 主要用途
新型無機非金屬材料 晶體硅 導電性介于導體和絕緣體之間 半導體材料、計算機芯片、太陽能電池等
二氧化硅 性質穩定，透光性好 光導纖維、玻璃儀器、
裝飾品
新型陶瓷 分別具有光學、熱學、電學、磁學等方面的特性 分別用于激光、火箭發動機、壓電陶瓷（點火器）、
磁懸浮技術
石墨烯 電阻率低、熱導率高、 強度大 光電器件、超級電容、
電池、復合材料
碳納米管 比表面積大、電學性能好、強度大 傳感器、電池、復合材料

展開更多......

收起↑