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(共27張PPT)
第三節 無機非金屬材料
P19第1段
材料分類
無機非金屬材料
金屬材料：包含純金屬和合金
有機高分子材料
傳統無機非金屬材料：如陶瓷、玻璃、水泥
新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、
新型陶瓷、碳纖維等
復合材料
塑料、纖維、橡膠
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。
沙粒
水晶
瑪瑙
硅酸鹽礦石
硅在自然界中的存在形式
教材P21第3、4自然段
硅元素的存在與結構
存在 原子結構 示意圖 周期表中位置
含量 存在形態 地殼中 居第___位 _________ __________ _______
_______
二
氧化物
和硅酸鹽
第三周期、
第ⅣA族
硅處于金屬與非金屬過渡位置，其單質的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用最為廣泛的半導體材料。
晶體硅的物理性質
晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，其結構類似于金剛石，熔沸點很高、硬度大，導電能力介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料。
教材P22資料卡片
高純硅的制備
制備原理
制備流程
反應 方程式
用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質的粗硅，然后轉化為三氯硅烷，再經氫氣還原。
晶體硅的用途
Si導電性介于導體和半導體之間,是良好的半導體材料,硅是信息技術和新能源技術的關鍵材料。
硅晶片是生產芯片的基礎材料 　　　
硅太陽能電池
教材P22第1自然段
SiO2的結構
二氧化硅晶體中Si和O按1:2的比例組成立體網狀結構的晶體，二氧化硅的網狀結構決定了它的熔點高，硬度大，不導電，不溶于水，化學性質穩定。
SiO2的化學性質
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
①實驗室盛放堿溶液的試劑瓶使用橡膠塞，而不用玻璃塞？
Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結力強、耐高溫等特性，可以用作粘合劑和防火劑。
①SiO2是一種酸性氧化物。
堿液能與玻璃中SiO2發生反應生成Na2SiO3，導致玻璃塞與瓶口內側粘連而無法打開。
②加熱熔融NaOH和不能使用陶瓷坩堝，石英坩堝和鋁坩堝，只能使用鐵坩堝，為什么？
陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能與NaOH反應，鋁坩堝的主要成分是氧化鋁，也能與NaOH反應
SiO2的化學性質
②SiO2的特性
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
與氫氟酸（唯一的酸）反應
1、SiO2既能與強堿反應，又能與HF反應，SiO2是兩性氧化物嗎？
不是，二氧化硅和其他酸不反應，只能與HF酸反應，且生成的SiF4不是鹽
2、HF酸該如何保存？
保存在塑料瓶中
你知道玻璃上的圖案是如何刻上去的嗎？
二氧化硅的用途
光導纖維
石英坩堝、
玻璃儀器
水晶、瑪瑙飾品
沙子、石英玻璃、石英砂等
P19第1段
無機非金屬材料
金屬材料：包含純金屬和合金
有機高分子材料
傳統無機非金屬材料：如陶瓷、玻璃、水泥
新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纖維等
復合材料
閱讀P20第1段
傳統的無機非金屬材料
1.陶瓷
原料：
歷史：
應用：
黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)
青花瓷、唐三彩
生產建筑材料、
絕緣材料、
日用器皿、
衛生潔具等
China
反應條件：
高溫燒結
瓷都
P20第2段
2.玻璃
原料：
工業設備：
應用：
純堿、石灰石和石英砂
玻璃窯
主要成分：
生產建筑材料、
光學儀器、
各種器皿，
制造玻璃纖維用于高強度復合材料等
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
傳統的無機非金屬材料
【思考】普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料，經混合物、粉碎，在玻璃窯中熔融，發生復雜的物理、化學變化。而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。試寫出反應的化學方程式
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3 + CO2↑
高溫
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高溫
P20資料卡片
P21第1段
3.水泥
原料：
工業設備：
黏土和石灰石
水泥回轉窯
混凝土：
水泥、沙子和碎石等與水混合
石膏的作用：
條件：
高溫煅燒
調節水泥硬化速率
傳統的無機非金屬材料
新型無機非金屬材料
新型陶瓷
組成
特性和功能
不再限于傳統的硅酸鹽體系
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
P23第1段
P23科學技術社會
碳納米材料
P23第2段
碳納米材料
碳納米材料主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。
富勒烯
由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱
納米王子
定義
代表
C60
C60的發現為納米科學提供了重要研究對象，開啟了納米材料研究和應用的新時代
碳納米管
直達宇宙的太空天梯
碳納米管可以看成是由石墨片卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。比表面積大，具有高強度和電學性能，用于生產復合材料，電池、傳感器
P24第3段
石墨烯
新材料之王
只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低，熱導率高，具有很高的強度。作為一種強度高用于光電器元件、超級電容器、電池和復合材料等。
補充拓展：硅酸H2SiO3
是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，白色沉淀,不穩定，受熱易分解
H2SiO3 H2O+SiO2
H2SiO3制備
與酸反應：
Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+2H2O+CO2(過量） 2NaHCO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2(少量） Na2CO3+H2SiO3↓
如何證明酸性鹽酸>碳酸>硅酸？
A
B
C
D
A：Na2CO3/NaHCO3
B : HCl
C : 飽和NaHCO3
D : Na2SiO3
硅酸用途
硅酸
聚合
硅酸凝膠
干燥脫水
硅酸干凝膠
“硅膠”
硅膠的用途：
食品、藥品的干燥劑
催化劑的載體

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