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(共26張PPT)
5.3 無機非金屬材料
年 級：高一年級 學 科：化學（人教版2019）
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。隨著工業生產和社會發展對材料性能要求的提高，一批新型無機非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術領域必需的材料。
在硅酸鹽中，Si 和 O 構成了硅氧四面體
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
一、硅酸鹽材料
【任務1】認識硅酸鹽材料
1. 概念
由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物
2. 結構
3. 性質
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。
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
陶瓷 玻璃 水泥
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
產品 原料 主要設備 主要成分 用途
陶瓷 （使用最早） 黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽) Al2O3·2SiO2·2H2O 陶瓷窯 硅酸鹽 建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等
普通玻璃 純堿、石灰石、石英砂 玻璃窯 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 建筑材料、光學儀器、各種器皿、高強度復合材料等
水泥 石灰石、黏土、適量石膏 水泥回轉窯 硅酸鹽 建筑和水利工程
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
[思考] 普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料,經混合、粉碎，在玻璃窯
中熔融，發生復雜的物理變化和化學變化而制得。你能寫出發生反應
的化學方程式嗎
一、硅酸鹽材料
【任務2】學習傳統無機非金屬材料
[思考] 如何制得具有不同性能和用途的玻璃？
加入元素或物質 玻璃特性 用途
含鉛原料 光學玻璃:透光性好,折射率高 制造眼鏡、照相機和光學儀器的透鏡
硼酸鹽 耐化學腐蝕、耐溫度急劇變化 制造可用于實驗室使用的玻璃儀器
金屬氧化物或鹽 彩色玻璃 用于建筑和裝飾
含量 存在形態 周期表中位置
地殼中居第二位 氧化物和硅酸鹽 第三周期、第ⅣA族
一、硅酸鹽材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（1）硅元素的存在、結構與物性
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
1. 硅單質
一、硅酸鹽材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（2）硅的化學性質
1. 硅單質
硅與氧氣可以在加熱條件下反應
硅與氫氟酸常溫下反應
硅與氫氧化鈉溶液反應
硅與氯氣、碳等非金屬加熱到一定溫度下也能反應
一、硅酸鹽材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（3）硅的用途
1. 硅單質
高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域，利用其半導體性能，可以制成計算機、通信設備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛星和電動汽車等的硅太陽能電池。
硅太陽能電池
硅芯片
一、硅酸鹽材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（4）硅的制備
1. 硅單質
工業上制備高純硅，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。例如可以將粗硅轉化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經氫氣還原得到高純硅
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（1）結構
2. 二氧化硅
SiO2 是不溶于水的固體，熔、沸點高，硬度大
立體網狀結構， Si 原子和 O 原子比例 1:2
通常用 SiO2 來表示二氧化硅的組成。
（2）物理性質
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（3）化學性質
2. 二氧化硅
① 穩定性
化學性質不活潑，通常情況下，不與水、酸發生化學反應
② 酸性氧化物的通性
與堿反應生成鹽和水
不能用磨口玻璃塞的試劑瓶盛放 NaOH 溶液
與堿性氧化物反應生成鹽
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（3）化學性質
2. 二氧化硅
③ 弱氧化性
④ 與某些鹽反應
制普通玻璃
⑤ 特性(與氫氟酸反應)
刻蝕玻璃
Si 的還原性大于 C
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
（4）用途
2. 二氧化硅
② 制造光導纖維，光導纖維的通信容量大，
抗干擾性能好，傳輸的信號不易衰減，能
有效提高通信效率。
④ 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料
① 水晶可用于制造電子工業的重要部件、光學儀器和工藝品
③ 石英玻璃常用來制造耐高溫的化學儀器
⑤ 沙子的主要成分是 SiO2
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
3. 新型陶瓷
碳原子和硅原子通過共價鍵連接
結構
性能
——砂紙和砂輪的磨料
高溫抗氧化性能
硬度大
耐高溫結構材料
耐高溫半導體材料
新型陶瓷在組成上不再限于傳統的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學等方面有很多新的特性和功能。
碳化硅陶瓷
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
3. 新型陶瓷
組成 性質 用途
高溫結構陶瓷 SiC、Si3N4或某些金屬氧化物高溫燒結而成 耐高溫、抗氧化、耐磨蝕 火箭發動機、汽車發動機、高溫電極材料等
壓電陶瓷 鈦酸鹽、鋯酸鹽等 實現機械能與電能的相互轉化 濾波器、揚聲器、超聲波探傷器、點火器等
透明陶瓷 氧化鋁、氧化釔 氮化鋁、氟化鈣等 耐高溫、絕緣性好、具有優異的光學性能 高壓鈉燈、激光器、探測窗等
超導陶瓷 某一臨界溫度下電阻為零，超導性 電力、交通、醫療等
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解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、石墨烯等碳單質，在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。
富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的發現為納米科學提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應用的新時代。
富勒烯
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
4. 碳納米材料
碳納米管
碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
二、新型無機非金屬材料
【任務3】了解新型無機非金屬材料
4. 碳納米材料
石墨烯
石墨烯是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。作為一種具有優異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入。
二、新型無機非金屬材料
【任務4】拓展硅酸的制備
二、新型無機非金屬材料
課后作業
完成《五三》20-21頁

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