《无机非金属材料》课件

第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料学习目标1、通过阅读和讨论，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。2、通过学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。3、结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感。010203CONTENTS目录陶瓷玻璃水泥一、硅酸盐材料1、陶瓷原料：条件：用途：黏土高温烧结建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等我国古代烧制的精美瓷器高压输电线路使用了陶瓷绝缘材料2、玻璃原料：设备：条件：主要反应：主要成分：用途：纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑高温熔融，复杂的物理和化学变化硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等3、水泥原料：设备：条件：主要成分：用途：黏土、石灰石石膏（调节水泥硬化速率）水泥回转窑煅烧，复杂的物理和化学变化硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙建筑和水利工程水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物010203CONTENTS目录硅和二氧化硅新型陶瓷碳纳米材料二、新型无机非金属材料一、硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。处于金属与非金属的过渡位置半导体材料硅的原子结构硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si+14842+642C硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位Si通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式思考交流硅的存在形式硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。Si硅的制备⑴SiO2+2C===Si+2CO↑(粗硅)高温⑵Si+3HCl===SiHCl3+H2高温⑶SiHCl3+H2===Si+3HCl（高纯硅）高温若C过量：SiO2+3C==SiC+2CO↑高温碳化硅(俗名：金刚砂)工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅提纯如何制备高纯度的硅？工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。Si晶体硅的用途硅晶片是生产芯片的基础材料Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池Si价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙成金从沙滩到用户晶体硅的用途SiSiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定二氧化硅二氧化硅（SiO2）的晶体结构物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。SiO2二氧化硅（SiO2）存在形式结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙二氧化硅的存在SiO2二氧化硅的用途SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维（通信）石英坩埚玻璃仪器精美瓷器SiO2拓展雕刻玻璃SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！SiO21、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确?不正确。二氧化硅不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考交流NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OSiO2二、新型陶瓷新型陶瓷组成特性和功能不再限于传统的硅酸盐体系在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能实例SiC俗称金刚砂具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料阅读P23新型陶瓷三、碳纳米材料碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代是由石墨片层卷成的管状物有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面阅读P23、24碳纳米材料学习评估与反思等地要求（根据学习结果填写）1A优秀掌握各种常见无机材料的组成、性质、用途，制备，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感2B良好知道常见的无机材料的性质和用途，并能感受这些材料在生产、生活中的重要作用3C一般了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途4D合格知道硅酸盐三大材料

随堂检测1.(辽宁大连金州高级中学高一检测)《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无砂粘土而为之”,“凡坯既成,干燥之后,则堆积窖中燃薪举火”,“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是(

)A.沙子和粘土主要成分为硅酸盐B.“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化C.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦D.粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料答案

A解析

沙子的主要成分是SiO2,粘土的主要成分是硅酸盐,A错误;“燃薪举火”烧制粘土,发生一系列复杂的物理化学变化,可制得砖、瓦等硅酸盐产品,B正确;据“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”可知,烧制后浇水冷却成青瓦,C正确;粘土是制造砖瓦、陶瓷的主要原料,在烧制过程中发生复杂的物理化学变化,D正确。2.硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法正确的是(

)A.硅的含量居第二位,在地球上有丰富的单质硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅B.硅相对于氢气而言便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料C.存放NaOH溶液的试剂瓶能用玻璃塞D.硅是一种良好的半导体材料,所以是制造光导纤维的基本原料答案

B3.(山东聊城二中检测)近年来科学家制造出大量的新物质,对下列三种物质的相关说法错误的是(

)

石墨烯:从石墨中分离出来,是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔:平面网状结构的全碳分子,具有优良的化学稳定性纳米碳管:具有优良的场发射性能,制作阴极显像管、储氢材料A.石墨烯具有良好的导电性B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径,可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应,但反应产物不同答案

D解析

石墨烯是从石墨中分离出来的,也具有导电性,A正确;同种元素的不同单质互称同素异形体,B正确;碳原子半径大于氢原子,则石墨炔孔径大于H2分子的直径,可以通过H2分子,C正确;碳与浓硫酸反应的产物均为二氧化碳、二氧化硫和水,D错误。4.氮化硅是一种高温结构陶瓷,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定,工业上曾普遍采用高纯硅与氮气在1300℃时反应获得氮化硅。(1)根据性质,推测氮化硅陶瓷的用途是

(填序号)。

①制汽轮机叶片②航空航天耐高温材料③制永久性模具④汽车发动机(2)画出N的原子结构示意图:

,写出氮化硅的化学式:

。

(3)高纯硅与纯氮气反应制得氮化硅,请写出反应的化学方程式: