非金属化学与材料名师优质课获奖市赛课一等奖课件

ChemistryonNonmetals&NonmetallicMaterialsChapter9第9章非金属化学与材料第1页制作:张思敬等1

(3)了解钢筋混凝土腐蚀成因及防护办法。

(1)掌握非金属主要化学性质。

(2)了解常见非金属材料及用途。

本章教学要求第2页制作:张思敬等2本章内容9.1非金属单质9.2无机化合物9.3无机非金属材料9.4钢筋混凝土腐蚀与防腐第3页制作:张思敬等39.1非金属单质9.1.1物理性质和晶体结构9.1.2化学性质第4页制作:张思敬等4非金属特点:9.1.1物理性质和晶体结构元素电负性大以共价键结合多为分子晶体有同素异形体熔点、硬度差异很大第5页制作:张思敬等59.1.2化学性质ㆅ

卤素中F2、Cl2和Br2，氧族O3和O2有较强氧化性。ㆅ非金属单质H2、C、Si等有较显著还原性。ㆅ大多数非金属单质现有氧化性又有还原性，其中Cl2、Br2、I2、P4、S8等遇碱均能发生歧化反应。ㆅ

氢惯用作还原剂，但它与活泼金属反应时则表现出氧化性，比如：2Li+H2=2LiHCa+H2=CaH2生成氢化物是比氢更强还原剂，它们遇水即反应生成氢气CaH2+2H2O=2H2+Ca(OH)2这一反应用于救生筏、救生衣充气等用途。第6页制作:张思敬等69.2无机化合物

9.2.1氯化物ㆅ碱金属和碱土金属氯化物普通溶于水，如NaCl、BaCl2等。ㆅ难溶于水氯化物有AgCl、CuCl、Hg2Cl2等。ㆅ许多非金属及高氧化值金属氯化物与水作用相当完全：SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HClTiCl4+3H2O=H2TiO3+4HClㆅ有氯化物与水反应不完全而生成碱式氯化物等：SnCl2+H2O==

Sn(OH)Cl+HClㆅ铝、铁氯化物与水逐层反应生成氢氧化物。第7页制作:张思敬等79.2.2氧化物和氢氧化物ㆅ

氧化物酸碱性

（1）非金属氧化物普通是酸性氧化物；过渡元素因为价态多，通常都有两性氧化物存在。（2）同一个元素生成几个不一样氧化值氧化物时，氧化值增高，氧化物酸性越强、碱性越弱。（3）主族元素同一族从上到下，氧化物碱性递增，酸性递减。（4）同一周期元素最高氧化值氧化物，在短周期内从左到右酸性递增；在长周期内IB族前后，类似经历了两个短周期。ㆅ

氢氧化物酸碱性

（1）氢氧化物实际上可认为是氧化物水合物。（2）非金属氢氧化物脱水所形成含氧酸。（3）同一周期从左向右酸性依次增强；主族元素同一族自上而下碱性依次增强；同一元素高氧化值氧化物酸性比低氧化值强。第8页制作:张思敬等89.2.3含氧酸及其盐ㆅ

非金属含氧酸及其盐氧化还原性

（1）含氧酸氧化还原性取决于成酸元素非金属性强弱和氧化值高低。非金属性弱元素，其含氧酸往往不含有氧化性。（2）同一元素同一氧化值化合物，其氧化性强弱次序为：氧化物>含氧酸>含氧酸盐（3）同一周期各元素最高氧化值含氧酸氧化性从左到右依次增强。（4）同族元素含氧酸氧化性递变规律为低氧化值自上而下减弱。（5）同一元素不一样氧化值含氧酸，低氧化值含氧酸氧化性较强。（6）介质酸度越大（pH值越小），含氧酸及其盐氧化性越强。第9页制作:张思敬等9ㆅ

热稳定性

（1）同一个含氧酸及其盐相比较，正盐比对应酸式盐稳定，酸式盐又比对应含氧酸稳定。（2）同一个含氧酸根与不一样金属组成盐，其稳定性次序是：碱金属盐>碱土金属盐>过渡金属盐>铵盐。（3）同一个金属离子与不一样酸根离子组成含氧酸盐，其稳定性取决于对应酸稳定性，含氧酸较不稳定其盐也较不稳定。（4）同一成酸元素不一样氧化值含氧酸及其盐，高氧化值比低氧化值稳定。

第10页制作:张思敬等109.3无机非金属材料9.3.1建筑胶凝材料9.3.2耐热高强材料9.3.3玻璃装饰材料9.3.4半导体材料9.3.5精细陶瓷材料9.3.6功效转换材料第11页制作:张思敬等11一、水泥

硅酸盐水泥熟料矿物组分及其大致含量组分化学式符号质量分数%硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·A12O34CaO·Al2O3·Fe2O3C3SC2SC3AC4AF37-6015-377-1510-189.3.1建筑胶凝材料第12页制作:张思敬等12

当水泥颗粒与水接触时，其表面发生水合作用或酸碱反应：

2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2(水合硅酸钙)4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·A12O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O（水合铝酸钙水合铁酸钙）

生成水合硅酸钙和水合铁酸钙为凝胶，氢氧化钙和水合铝酸钙为结晶体。凝胶、结晶体和未与水作用水泥颗粒凝聚在一起成为含有一定强度胶凝体。水泥、砂子与适量水调和成浆料含有可塑性，可夹在砖块或石料间将其胶结为墙体等。伴随时间推移，水分逸散使砂浆失去可塑性，其硬度和强度逐步增强，最终成为石状固体。第13页制作:张思敬等13

除普通硅酸盐水泥外，还有高铝水泥和耐酸水泥等特种水泥。高铝水泥CaO含量低而Al2O3含量高，含有抗寒耐温、快硬早强等特点，用于建造窑炉、紧急抢修、海上作业等特殊工程。耐酸水泥主要由磨细石英砂与含有高度分散表面活性硅土物质混合而成。耐酸水泥加入硅酸钠溶液形成可塑性浆状物，主要用作耐酸设备中黏结料，可抵抗除氢氟酸以外全部酸侵蚀。第14页制作:张思敬等14第15页制作:张思敬等15二、石灰

CaCO3在910℃时热分解产物CaO俗称生石灰。生石灰与水作用变成熟石灰或称消石灰Ca(OH)2，同时放出大量热。含有过量水石灰膏置于空气中会逐步硬化。硬化过程中水分不停蒸发而析出Ca(OH)2晶体，Ca(OH)2又吸收空气中CO2生成难溶固体CaCO3。石灰膏硬化时因体积收缩较大而出现干裂，所以，在使用时常加入沙土、纸筋等材料以防缩裂。作为最惯用无机胶凝材料之一，石灰广泛用于建筑业。比如用石灰乳粉刷混凝土墙面，用石灰制成灰土加强地基等。第16页制作:张思敬等16三、石膏

天然石膏又称二水石膏，主要成份是CaSO4·2H2O，在107℃-170℃范围内加热会失水生成建筑石膏（β型半水石膏）。因为二水石膏溶解度比半水石膏小，所以施工时半水石膏不停形成二水石膏并逐步硬化，到达一定强度。建筑石膏比石灰愈加雪白、细腻，广泛用于室内墙体抹灰、粉刷和装修。另外，用它做成石膏板含有质轻、隔热、防水、加工方便等优点，所以应用很普遍。第17页制作:张思敬等179.3.2耐热高强材料一、工业耐火材料

耐火材料普通是指在不低于1580℃高温下，能耐气体、熔融金属、熔融炉渣等物质侵蚀，而且有一定机械强度无机非金属固体材料。

酸性耐火材料主要组分是SiO2等酸性氧化物，碱性耐火材料主要组分是MgO、CaO等碱性氧化物，中性耐火材料主要组分是A12O3、Cr2O3等两性氧化物。第18页制作:张思敬等18二、高温结构材料

同时能满足耐高温和高强度双主要求高温结构材料也称为高温结构陶瓷。高致密氮化硅(Si3N4)、碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）、二氧化锆（ZrO2）等无机非金属材料，耐高温、抗氧化，在高温下不易变形，是很好高温结构材料。第19页制作:张思敬等199.3.3玻璃装饰材料普通玻璃（又称钠玻璃）是将石英砂、石灰石、纯碱等混合后在高温熔化、成型、冷却所制得质地硬而脆透明物体。改变玻璃成份或对玻璃进行特殊处理，可制成不一样性能玻璃。如与光和色相关特殊玻璃、钢化玻璃、微晶玻璃、微孔玻璃、导电玻璃、生化玻璃等。第20页制作:张思敬等20第21页制作:张思敬等21第22页制作:张思敬等22几个玻璃特征和用途种类特征用途普通玻璃再高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，摄影机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等第23页制作:张思敬等23石英玻璃第24页制作:张思敬等24光学玻璃第25页制作:张思敬等25玻璃纤维第26页制作:张思敬等269.3.4半导体材料半导体是指导电性能介于金属和绝缘体之间物质，性能最优越、最含有实用价值单质半导体是Si和Ge。与金属依靠自由电子导电不一样，半导体导电是借助于载流子（电子和空穴）迁移来实现。

将能提供5个价电子原子（如P、As、Sb等）掺入Si或Ge晶体后比形成4个共价键所需电子多出1个，这种载流子是电子半导体称为电子半导体或n型半导体。将能提供3个价电子原子（如B、In等）掺入Si或Ge晶体中，因为杂质提供价电子比形成4个共价键所需电子少1个，就形成了可接收1个电子空位，这种载流子是孔穴半导体称为孔穴半导体或p型半导体。第27页制作:张思敬等27

假如将一个p型半导体与一个n型半导体相接触，组成一个p-n结，利用p-n结形成接触电势差，可对交变电源电压起整流作用，或对信号起放大作用。整个晶体管技术就是在p-ｎ结基础上发展起来。

把各种类型半导体适当组合，可制成各种晶体管和小型化集成电路，用于电子计算机、电视机、通讯设备和雷达等。半导体材料含有极其广泛应用。第28页制作:张思敬等289.3.5精细陶瓷材料一、光导纤维

光导纤维是一个比头发丝还细玻璃纤维。光纤本身由纤芯和包层组成。纤芯是由高透明固体材料制成，外面是一层低折射率包皮，从而使入射光在芯料和包皮料界面上发生全反射，所以入射光几乎全部被封闭在芯料内部。经过无数次全反射，光波呈锯齿状向前传输，使光由纤维一端波折地传到另一端。光通信就是把声音或图像由发光元件（如GaAs等半导体激光器）转成光信号，经光导纤维传向另一端，再由接收元件恢复为电信号。光导纤维主要用作远距离通讯光缆，短距离使用人体内窥镜，是人类健康好帮手。第29页制作:张思敬等29二、气敏陶瓷

气敏陶瓷是一类对特定气体有特殊响应陶瓷，有“电子鼻”之称。

SnO2气敏陶瓷对可燃性气体，如氢、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳等都有较高灵敏度。

ZnO也是很主要气敏材料，ZnO与V-Mo-A12O3催化剂组合后，检测氟里昂气体F-22和F-12比普通气敏传感器灵敏度高。第30页制作:张思敬等30三、生物陶瓷

生物陶瓷是与活体细胞含有良好相容性人工材料。氧化铝陶瓷做成假牙与天然齿十分靠近，还能够做人工关节如膝关节、肘关节、肩关节、指关节、髋关节等。ZrO2陶瓷强度、断裂韧性和耐磨性比氧化铝陶瓷好，也可用以制造牙根、骨和股关节等。人工合成羟基磷灰石与骨生物相容性非常好，可用于颌骨、耳听骨修复和人工牙种植等。第31页制作:张思敬等319.3.6功效转换材料一、压电材料

压电材料水声换能器是利用正、逆压电效应以发射声波或接收声波来完成水下观察、通讯和探测工作。压电材料是一个能够使电能和机械能相互转换功效材料。利用压电材料正压电效应，可将机械能转换成电能。高电压发生器是压电材料最早开拓应用之一，其中应用较多有压电点火器、引燃引爆装置、压电开关和小型电源等。第32页制作:张思敬等32二、光电材料

假如光照射到半导体p-n结上，则在p-n结两端会出现电势差，p区为正极，n区负极。这一电势差能够用高内阻电压表测量出来，这种效应称为光生伏特效应。利用光生伏特效应原理不但能够制做探测光信号光电转换元件，还能够制造太阳能电池。硅是太阳能电池较理想材料。另外，比很好薄膜太阳能电池有硫化镉、碲化镉和砷化镓。第33页制作:张思敬等33三、智能材料

智能陶瓷含有很多特殊功效，它能感知客观世界，能动地对外发射声波、辐射电磁波和热能，以及促进化学反应和改变颜色等对外做出类似有生命智慧反应。很多智能陶瓷含有自修复和保护功效，它使材料能抵抗环境突然改变。电致变色现象是指智能材料在电场作用下引发颜色改变，这种改变是可逆而且连续可调。电致变色系统经过选择性吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，可降低办公大楼和民用住宅等建筑物为在夏季保持清凉和冬季保持温暖而必须花费大量能源。第34页制作:张思敬等349.4钢筋混凝土腐蚀与防腐9.4.1混凝土腐蚀9.4.2混凝土中钢筋腐蚀9.4.3钢筋混凝土防腐办法第35页制作:张思敬等359.4.1混凝土腐蚀ㆅ溶解腐蚀混凝土中可溶性成份Ca(OH)2被水溶解、浸出，引发胶凝体水解，从而造成混凝土结构破坏。ㆅ化学腐蚀混凝土中活性成份与水溶液中腐蚀物质发生化学反应，使混凝土结构破坏。ㆅ膨胀腐蚀腐蚀剂渗透到混凝土空隙中后产生结晶，结晶积聚、膨胀、产生张力，造成混凝土结构破坏。一、腐蚀类型第36页制作:张思敬等36二、腐蚀起源（1）软水腐蚀当混凝土浸泡于软水或经常受软水冲刷时，会发生溶解腐蚀。混凝土建筑物在使用一段时间后表面出现白色沉积物，就是浸出Ca(OH)2与空气中二氧化碳反应生成难溶盐CaCO3。软水对混凝土溶解腐蚀较迟缓。第37页制作:张思敬等37

（2）酸性物质腐蚀

比如，碳酸溶液渗透到混凝土孔隙中会与氢氧化钙生成难溶碳酸钙，反应进行会消耗Ca(OH)2，并使混凝土内部pH值下降。这种现象叫混凝土碳化。在正常空气湿度下，若混凝土表面是干燥，酸性气体对混凝土腐蚀破坏性很小，只有在空气湿度大，尤其是混凝土表面存在冷凝水时，腐蚀作用才会显著增大。

能对混凝土起腐蚀作用酸性气体主要是CO2、SO2、HC