人教版高中化学全套PPT课件0第3单元 课题1 无机非金属材料

第三单元 课题一
同学们，以下工业建筑及生活用品都 是有那些材料构成的？
水泥
玻璃
中国陶瓷珍品之清彩瓷
中国陶瓷珍品之清青花
唐 三 彩
通过，以上幻灯片提示，谁能说出什么是硅酸 盐材料？自然界中那些物质是硅酸盐或硅的氧化 物？传统硅酸盐产品以什么物质为原料生产？原 料又有什么结构特殊性？
陶瓷、水泥、玻璃等是硅酸盐材料； 沙石、黏土、石英、石棉、高龄石等许多矿物是 硅酸盐或硅的氧化物； 传统硅酸盐产品以黏土、钾长石和钠长石为原料。
高温
CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑
5. 主要成分：Na2SiO3 • CaSiO3 • SiO2
（Na2O•CaO•6SiO2）
6. 主要性能：玻璃态物质，没有固定 的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。
普通玻璃
光学玻璃
石英玻璃
光学玻璃 钢化玻璃
钢化玻璃
2. 水泥：
主要原料：黏土和石灰石
方程式。
SiO2+3C=SiC+2CO↑
3Si+2N2=Si3N4
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺
少的基本材料。电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材 料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。
它最适宜的应用领域
是高温、耐磨和耐蚀 的环境,现已用作火箭 喷嘴,热电偶保护管,热
交换器和耐磨、耐蚀 碳化硅制成的涡轮叶片
的零件。
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ）
是灰白色固体，硬 度为9，是最硬的 材料之一。它的导 热性好且膨胀系数 小，可经受低温高 温、骤冷骤热反复 上千次的变化而不 破坏，因此是十分 理想的高温结构材 料。
C60的超导性
1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出掺钾C60具 有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体 （Et）2Cu[N（CN）2]Cl超导起始温度为12.8K的纪录。 不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为29K。表 1-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温 度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。 我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学 院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60的超导体， 超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言，如 果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成出具有更高超导起始 温度的超导体。
其奥秘就在于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节 省30％的热能，而且工作功率比钢质发动机提高 45％以上。另外，陶瓷发动机无需水冷系统，其
密度也只有钢的一半左右，这对减小发动机自身 重量也有重要意义。
1、新兴陶瓷材料具有那些优良的性能？
2、碳化硅结构同硅相似，分析其可能的
性质。
原子晶体
3、写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应
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1. 普通玻璃是 混合物
,
玻璃可在一定温度范围内软化，制成
工艺品等。这是因为玻璃不 纯净物
是 混合物 ，而是一种
物质，没有固定 溶沸点
。
2. 制水泥和玻璃时都需要用的原料是 （ C）
（A）黏土 （B）石英 （C）石灰石 （D）纯碱
你听说过豆腐渣工程吗，产生现象的原因很多， 但都与水泥标号有关，查阅资料了解水泥标号有 关问题。
二、新型无机非金属材料
定 义： 具有特殊结构和特殊功能（性质）的新材料。
特 性：
• 能承受高温、强度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC) • 具有光学特性：光导纤维 • 具有电学特性：K3C60超导体 • 具有生物功能：如Ca3(PO4)2系陶瓷
术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池 可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。
2、现代信息技术材料----单晶硅
由硅石粗硅高纯多晶硅（纯度在9个“9”以上 (99.9999999％以上)单晶硅
（1） 粗硅的制备：又称工业硅，纯度在95％99％ 的硅（反应要点 高温1600℃1800℃）
陶瓷器制造过程示意图
你能说出陶釉的成分吗？
金属及金属氧化物，如红色Cu2O。
我国古代人民真伟大，向他们学习！
二、玻璃
1. 原 料：纯碱、石灰石和石英
2. 主要设备：玻璃熔炉
3. 生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成 型冷却
4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要 反应
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬 化速度
主要设备：水泥回转窑
生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟 料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐 水泥
水泥回转窑
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
反应原理：复杂的物理、化学变化 主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、 硅酸二钙(2CaO•SiO2)、铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等
主要性能：水硬性 主要用途：建筑、修路。 如：水泥 砂浆、混凝土、钢筋混凝土 。
3. 下列说法正确的是（ D ）
（A）SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也 不溶于任何酸 （B）SiO2是制造玻璃的主要原料之一， 它在常温下与NaOH溶液不反应 （C）因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2， 所以H2SiO3酸性比H2CO3强 （D）CO2通入水玻璃中可得原硅酸
种 类： 氮化硅陶瓷 光导纤维
用 途：
医学、日常生活、交通、通讯、机械、建筑 航空、航天等
碳化硅SiC,俗称金刚 1、新型陶瓷
砂。熔点高(2450℃), 硬度大(9.2),是重要的
工业磨料。如其中掺 入某些杂质,会使之出 现半导体,作为高温半 导体,用于电热元件。 作为高温结构陶瓷,日
益受到人们的重视。
的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提出 C60 是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20
个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。
随后将 C60分子命名为布克米尼斯持•富勒烯 （BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球， 所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，具有封闭笼 状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、……C240、 C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。
SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g) （2）SiHCl3的制备 多用粗硅与干燥氯化氢在 200℃以上反应：Si十3HCl==SiHCl3+H2
（3）精馏提纯后的SiHCl3用高纯氢气还原得到多晶硅
SiHCl3十H2==Si十3HCl
阅读：科学视野—太阳能电池
3.石墨、金刚石、C60新材料诞生新技术
在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天器材大 部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅， 航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人 类征服太空作出了不可磨灭的贡献。
单晶硅在太阳能电池中的应用高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化
硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温 度可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200
米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有 500马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力
的陶瓷发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆 坦克仅用了19秒钟就首先到达终点，而钢质发动 机坦克在充分预热运转后，用了26秒才跑完全程。
1.高压合成金刚石的 局限性？ 2.化学气相沉积法制 造金刚石薄膜的原理 是什么？
注 意：
金刚石 石墨 C60 之间的关系？
石墨
金刚石
C60
C60及其应用前景 C60的发现
1985年，美国科学家克罗托（H.W.K.kroto)等用质谱
仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受 建筑学家布克米尼斯持•富勒（BuckminsterFuller）设计
K 2O A12 O3 6SiO2
结构中都含有硅氧四面体
特点：稳定性高、硬度高、 熔点高、难溶于水、绝缘、耐 腐蚀等
一、传统硅酸盐材料 1. 陶瓷(China)
主要原料：黏土
传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、 冷却
反应原理：复杂的物理、化学变化
主要成分：硅酸盐 主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型等优点。
单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火 星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息--利用太阳能电池板把光能转化为 电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了单晶硅，在太阳 光照到的地方，就有了能量来源。
单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类