3.1 无机非金属材料 课件(人教版选修2)

)。
D．砖瓦
陶瓷、玻璃、水泥属于硅酸盐材料，是传统无机非 D
金属材料，因此只有D项符合。
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要点二
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新型无机非金属材料
新型无机非金属材料的特征 1．
(1)能承受高温，强度高；(2)具有电学特征；(3)具有光学
特征；(4)具有生物功能。 碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷的综合比较 2． 碳化硅(SiC)陶瓷 硬度高，可耐 2 000 ℃的高 性能 温，有较高的强 特点 度，化学性质稳 定，耐腐蚀性强 氮化硅(Si3N4)陶瓷 是一种超硬物质，本身具有润滑性， 并且耐磨损，除氢氟酸外，不与其他 无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时 也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲 击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急 剧冷却再急剧加热，也不会碎裂
答案
A
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了解普通陶瓷、普通玻璃和普通水泥的生产原料、制作过 1．
程、主要性能和用途。了解几种特殊玻璃的主要性能和用
途。 了解新型陶瓷、单晶硅、石墨、金刚石、足球烯等的生产 2． 原料、制作过程、主要性能和用途。 以玻璃和陶瓷为例认识物质的组成、结构、性能和用途之 3．
间的关系。
热熔 、 _____ 澄清 、 _____ 成型 和_____ 缓冷 。 (3)主要工序：_____ Na2SiO3、_______ CaSiO3和SiO2熔合在一起 (4)普通玻璃的成分：_______ 而形成的玻璃态物质。 4． 水泥(普通硅酸盐水泥) 石灰石 和______ 黏土 。 (1)主要生产原料：_______ 硅酸三钙(3CaO· SiO2) 、 硅酸二钙 (2)普通水泥的成分： ____________________ ________ (2CaO· SiO2) 、 _____________________ 铁铝酸(4CaO· 铝酸三钙(3CaO· Al2O3) 和____________ ___________ · Al2O3· Fe2O3) 等。 ____________
>1 900 ℃ SiO2＋3C========SiC＋2CO↑ 。 ____________________________
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(2)氮化硅(金刚砂)陶瓷
高 ，硬度___ 大 ，化学性质_____ 稳定 ，在高 ①特性与用途：熔点___ 轴承 、 温时仍可保持室温时的强度和硬度，可用于制造_____ 发动机受热面 等。 ___________ 汽轮机叶片 和______________ ②制取氮化硅(Si3N4)的反应式。
点：稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐
蚀等。 几种主要的硅酸盐产品比较：
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硅酸盐 产品 主要 设备
水泥 水泥回 转窑
玻璃
陶瓷
玻璃熔炉
原料
石灰石 和黏土
纯碱、石灰石、石英砂
高温 Na2CO3＋SiO2=====
黏土
反应 原理
复杂的物 理、化学 变化
Na2SiO3＋CO2↑ 高温 CaCO3＋SiO2===== CaSiO3＋CO2↑
璃，属于有机高聚物。其他的主要成分都是硅酸盐。
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【慎思4】 下列物质中，具有固定熔、沸点的是 A．玻璃 提示 B．水泥 C．陶瓷
(
)。
D．纯碱
具有固定熔、沸点的材料应属于纯净物，而玻璃、
水泥、陶瓷都是混合物，因而不具有固定的熔、沸点。纯
碱即Na2CO3是一种纯净物，所以具有固定的熔、沸点。 答案 D
1 300 ℃ 3Si＋2N2=======Si3N4 a．____________________ ； 高温 3SiCl4＋2N2＋6H2=====Si3N4＋12HCl 。 b． _________________________________
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2．现代信息基础材料——单晶硅 (1)硅是目前半导体工业最重要的基础材料，制取纯度为
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续表 高温耐蚀部件、研磨 轴承、汽轮机叶片、机械密封 主要 盘、密封环、研磨介 环、永久性模具等机械构件、 用途 质、防弹板、航天器 发动机受热面等 的涂层材料等 将高纯硅与纯氮气加热至1 300 ℃可制得氮化硅 1 300 ℃ 3Si＋2N2========Si3N4
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下列说法正确的是 2． A．硅材料广泛应用于光纤通讯 B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
(
)。
C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
解析 盐酸和石英不反应， B 错； 水晶项链的主要成分是 SiO2 而不是硅酸盐制品，C 错；由粗硅制备单晶硅涉及氧化还原 高温 反应，如 SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，D 错。
95%～99%的硅(粗硅)的反应化学方程式为
1 600～1 800 ℃ SiO2＋2C =========== Si＋2CO↑。 ________________________________
(2)用纯度为95%～99%的硅再生产高纯度硅的反应化学方 程式是
250～300 ℃ Si＋3HCl ===== SiHCl3＋H2 Cu粉或Ag粉 ① ____________________________ ；
将二氧化硅与焦炭在 制造 也可用化学气相沉积法，在氢 电炉中加热至1 900 气保护下，使SiCl4与N2反应生 方法 ℃以上可制得碳化硅 成的Si3N4沉积在石墨表面，形 >1 900 ℃ 成一层致密的Si3N4层 3C＋ SiO2======== 3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋ SiC＋2CO↑ 12HCl
1 100～1 200 ℃ SiHCl3＋H2 ============ Si＋3HCl 。 ② ________________________________
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【慎思1】 陶器和瓷器是否相同？ 提示 不同；陶器和瓷器从化学组成上来看差别并不大，它 们分类的依据主要是从原料、烧制温度、工艺、产品外观上
晶体 结构
主要 性质 主要 用途
易与金属 熔点高、 掺杂形成 硬度大 超导体 润滑剂， 耐热、防 火材料
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半导体
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要点一
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传统硅酸盐材料
沙石、黏土、石英、石棉、高岭石等许多矿物是硅酸盐或
硅的氧化物，传统硅酸盐产品以黏土、石英、钾长石和钠 长石为原料。原料中一般都含有[SiO4]4－，硅氧结构的特
硅酸盐工业的主要特点是：生产原料是含有硅元素
的物质；生产产品的物质类型属于硅酸盐；使物质发生变 化的条件是高温；物质变化的类型，既有物理变化，又有 多种复杂的化学变化。
答案
D
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【体验1】► 与陶瓷、玻璃、水泥同类的物质是 A．光导纤维 解析 答案 B．有机玻璃 C．人造纤维
(
(5)用途：①水泥砂浆： 水泥 、 沙子 和水的混合物。 ②混凝土： 水泥 、 沙子 和 碎石 的混合物。
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笃学二
新型无机非金属材料
1. 新型陶瓷 Si和O 两种元素为主的传统 新型陶瓷的组成已突破了以_______ 组成体系，进一步提高了陶瓷的性能。 (1)碳化硅陶瓷 2 000 ℃的高温 ， 高 ，化学性质_____ 稳定 ，耐______________ ①特性：硬度___ 可作航天器的涂层材料。 ②工业上制取碳化硅的反应方程式：
固体材料和制品的通称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广
义定义来看仍然属于陶瓷材料。
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【慎思6】 金刚石、石墨、C60、晶体硅的性质有何不同？ 提示 金刚石 正四面体、空 间网状的原子 晶体，键与键 之间夹角为 109°28′ 熔点和沸点很 高，硬度大， 难溶于溶剂， 不能导电 石 墨 平面层状正六 边形结构，层 间以范德华力 相结合，混合 型晶体 熔点很高，质 软，有滑腻 感，是电的良 导体 润滑剂、电 钻具、装饰品 极、铅笔芯、 耐火材料 C60 笼状结 构，形似 足球，分 子晶体 硅 正四面 体，空间 网状，原 子晶体
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【慎思5】 新型陶瓷材料是不是陶瓷？
提示
新型陶瓷材料从化学组成上来看已经不属于传统硅
酸盐陶瓷材料了，只是它们多数也具有一般硅酸盐材料的 耐高温、强度高、耐腐蚀的特性，并且从外观上与传统的 硅酸盐陶瓷一样不具有金属光泽，都属于脆性材料，容易 碎裂等。广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属
高温 Na CO ＋ SiO ===== Na2SiO3＋CO2↑； 2 3 2 _________________________________
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高温 CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑ 。 ________________________________
存在的差别。
陶器和瓷器的主要差别 陶器 原材 料 瓷器
瓷器烧制的原料为高岭 陶器烧制的原料是黏土 土等矿物原料 瓷器的烧制温度约在1 200 ℃左右 瓷器质地密实，不透水
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烧制 陶器的烧制温度一般在 温度 800～1 000 ℃
陶器质地疏松，有一定 质地 吸水性
【慎思2】 玻璃为什么能被人工吹制成各种形状？ 提示 玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固
特性
水硬性
抗氧化、抗 酸碱腐蚀、 耐高温、绝 缘体
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【例1】► 根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程，