《无机非金属材料》化学授课课件教案

第五章

化工生产中的重要非金属元素第三节

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一、传统无机非金属材料（硅酸盐材料）陶瓷玻璃水泥(1)概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。(2)结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。(3)特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。[SiO2]四面体结构1.硅酸盐及其结构(1)物理性质：Na2SiO3是一种白色固体，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性。Na2SiO3水溶液俗称：水玻璃Na2SiO32.最简单的硅酸盐——Na2SiO3Na2SiO3＋CO2(少）＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓(3)化学性质：水溶液显碱性，能与盐酸、CO2等反应。Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓

+2NaCl(2)用途：制备硅胶、防火剂、黏合剂强酸弱酸硅胶用途：干燥剂、催化剂，或用作其他催化剂的载体。

陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：辅助原料：适量的石膏设备陶瓷窑主要成分含水的铝硅酸盐硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窑水泥回转窑用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程

生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好，折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。资料卡片

玻璃二、新型无机非金属材料单质硅二氧化硅新型陶瓷单质硅(1)位置：第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置，半导体，常用于制作集成电路板（硅芯片）和太阳能电池极板。(2)自然界存在硅在自然界主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。玛瑙水晶制备原理用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。制备流程反应方程式

(3)高纯硅的制备（粗硅）（高纯硅99.9999999％）二氧化硅状态颜色熔点硬度水溶性晶体

无色高大不溶(1)存在：SiO2广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。纯净的SiO2又称水晶。(2)物理性质（3）用途①用于生产光导纤维；②水晶、玛瑙等饰品；③制作耐高温的化学仪器。光导纤维石英坩埚玛瑙水晶SiO2+CaO===CaSiO3高温SiO2+4HF===SiF4

↑+2H2O(3)化学性质（酸性氧化物）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O①酸性氧化物的通性③特性②弱氧化性SiO2+2C===Si+2CO↑高温不溶于水，不与水反应（用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃）盛放NaOH溶液不用玻璃塞，而用橡胶塞（制备粗硅）结构性能高温抗氧化性能碳原子和硅原子通过共价键连接硬度大砂纸和砂轮的磨料耐高温结构材料耐高温半导体材料新型陶瓷

碳化硅（SiC）陶瓷俗称：金刚砂种类性能耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀硬度大、耐磨损、密度小氮化硅、氧化铝、碳化硅、二氧化锆等用途制造发动机新型陶瓷高温结构陶瓷压电陶瓷：透明陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。压电陶瓷透明陶瓷磁悬浮列车新型陶瓷碳纳米材料——富勒烯碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，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。碳纳米材料——碳纳米管石墨烯电池碳纳米材料——石墨烯类别传统无机非金属材料新型无机非金属材料主要成分硅酸盐不一定是硅酸盐主要特性抗腐蚀、耐高温、质脆、经不起热冲击大都强度高、硬度大、耐高温，另外还具有一定的电学特性、光学特性和生物功能等传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别一般来说，除了陶瓷、水泥、玻璃外，其他均是新型无机非金属材料。1.下列叙述错误的是（）A．硅在自然界中主要以单质形式存在

B．硅是应用最广泛的半导体材料

C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片

D．二氧化硅可用于生产玻璃A知识巩固2.下列物品或设施：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩

④门窗玻璃⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨石英光导纤维⑩计算机芯片⑴

含有硅单质的是————————————————⑵

含有二氧化硅的是——————————————

⑶

含有硅酸盐的是——————————————

知识巩固⑧⑩③④⑤⑥⑦⑨①②③④3.氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4和H2O。请写出该反应的化学方程式。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。知识巩固SiO2+4HF===SiF4

↑+2H2O4.SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH反应可生成Na2SiO3。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞。请解释原因，并写出相关反应的化学方程式。知识巩固SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O5.氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本高。（1）根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途：————(填字母)。a.制作坩埚b.用作建筑陶瓷c.制作耐高温轴承d.制作