資源簡介

(共22張PPT)
第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第三節(jié) 無機非金屬材料
地殼中硅的存在
陶器—人類發(fā)明的第一種材料
網紋船形彩陶壺
秦兵馬俑
唐三彩
1、陶瓷（人類發(fā)明的第一種材料）
原料：
條件：
用途：
性能：
黏土（硅鋁酸鹽）
高溫燒結
建筑材料、絕緣材料、
日用器皿、衛(wèi)生潔具等
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
熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質穩(wěn)定
2、玻璃（人類應用最廣的透明材料）
原料：
設備：
條件：
主要反應：
主要成分：
用途：
純堿、石灰石、石英砂（SiO2）
玻璃窯
高溫熔融，復雜的物理和化學變化
硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅
建筑材料、光學儀器、各種器皿、玻璃纖維等
3、水泥
原料
設備
條件
用途
黏土、石灰石
石膏（調節(jié)水泥硬化速率）
水泥回轉窯
煅燒，復雜的物理和化學變化
建筑和水利工程
古羅馬時期，人們把石灰和火山灰攪拌，制出“羅馬泥漿”，也就是水泥的前身。
無機非金屬材料
傳統(tǒng)無機非金屬材料
陶瓷
玻璃
水泥
熔點高、硬度高
耐高溫、耐腐蝕
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(wěn)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(wěn)定、耐腐蝕等特點
一、硅和二氧化硅
（1）硅元素的存在與結構
翻看元素周期表，找出硅元素的位置。
存在形式：化合態(tài)
處于金屬與非金屬的過渡位置
半導體材料
晶體硅—新能源領域、信息領域的基礎材料
硅晶片是生產芯片的基礎材料 　　　
Si導電性介于導體和半導體之間,是良好的半導體材料,硅是信息技術的關鍵材料
硅太陽能電池
Si
價值5元的沙子
SiO2
Si
價值5000元的芯片
點沙 成金
從沙灘到用戶
晶體硅的用途
Si
硅的制備
⑴SiO2+2C === Si+2CO ↑ (粗硅)
高溫
⑶SiHCl3+H2 === Si+3HCl （高純硅）
高溫
工業(yè)上用焦炭還原石英砂可制得含有少量雜質的粗硅
提純
如何制備高純度的硅？
Si
⑵Si+3HCl === SiHCl3+H2
高溫
(三氯硅烷)
二氧化硅（ SiO2）存在形式
SiO2
水晶
瑪瑙
硅藻土
二氧化硅的用途
光導纖維（通信）
石英坩堝
玻璃儀器
SiO2
SiO2的晶體結構
晶體Si的結構
硅和SiO2都是正四面體結構性質很穩(wěn)定
二氧化硅
二氧化硅（ SiO2）的晶體結構
物理性質：
難溶于水，熔點高，硬度大。
SiO2
1、實驗室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？
思考交流
NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應生成 Na2SiO3，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
SiO2
拓展
雕刻玻璃
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
實驗室不用玻璃瓶盛裝氫氟酸！！
SiO2
某同學根據(jù)SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應，推斷SiO2為兩性氧化物是否正確
不正確。
二氧化硅不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。
①酸性氧化物
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
高溫
二氧化硅化學性質:
SiO2
是否可以通過二氧化硅與水反應制得硅酸？
該如何制備？
思考交流
二、新型陶瓷
新型陶瓷
組成
特性和功能
不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系
在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能
實例
SiC
俗稱金剛砂
具有類似金剛石的結構，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料
具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，使用溫度可達1600℃，可用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料
閱讀P23新型陶瓷
三、碳納米材料
碳納米材料
富勒烯
碳納米管
由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱,代表物C60
開啟了碳納米材料研究和應用的新時代
是由石墨片層卷成的管狀物
有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
石墨烯
只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨
電阻率低，熱導率高，具有很高的強度。應用于光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面
閱讀P23、24碳納米材料
無機非金屬材料
傳統(tǒng)無機非金屬材料
陶瓷
玻璃
水泥
新型無機非金屬材料
硅和二氧化硅
新型
陶瓷
碳納米材料

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