高一化学2017年最新课件新型无机非金属材料第一课时

1、第七章第七章 碳族元素碳族元素 无机非金属材料无机非金属材料 7- 3 7- 3 新型无机非金属材料新型无机非金属材料 7-3 7-3 新型无机非金属材料新型无机非金属材料 一、什么是无机非金属材料？一、什么是无机非金属材料？1 1、材料、材料2 2、材料的几种分类、材料的几种分类3 3、生活中无机非金属材料、生活中无机非金属材料4 4、新型无机非金属材料的特征、新型无机非金属材料的特征无机非金属材料无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物和碲化物）硫系化合物（包括硫化物、硒化物和碲化物）和硅酸盐、钛酸

2、盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。主要组成的无机材料。 是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。 例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。一种新型材料的研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变主要标志的。一种新型材料的研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变化。化。 石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、

3、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料等的发明，为人类进步提供重要的物质基础。料等的发明，为人类进步提供重要的物质基础。 没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。富多彩。1.1.材料材料2.2.材料的分类材料的分类(1)(1)按化学组成和特性分

4、按化学组成和特性分无机非金属材料无机非金属材料 传统无机非金属材料传统无机非金属材料 新型无机非金属材料新型无机非金属材料 金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维(2)(2)按用途分按用途分结构材料：结构材料：利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门部门功能材料：功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术

5、领域。领域。3 3、生活中的无机非金属材料、生活中的无机非金属材料玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷金刚石钻头金刚石钻头手表上的手表上的“1919钻钻”( (人造红宝石轴承的数目人造红宝石轴承的数目) )玻璃刀玻璃刀石英钟表石英钟表煤气炉中的电子打火煤气炉中的电子打火彩电（荧光材料）彩电（荧光材料）海底电缆（光导纤维）海底电缆（光导纤维）电脑的电脑的CPUCPU（单晶硅）（单晶硅）隐形飞机（特殊光学材料）隐形飞机（特殊光学材料）( (压电陶瓷压电陶瓷) )4 4、新型无机非金属材料的特征、新型无机非金属材料的特征（1 1）耐高温、强度高）耐高温、强度高. .例如：氮化硅陶瓷在例如：氮化硅陶瓷在1

6、2001200左右的高温下，仍左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。（2 2）具有电学性质）具有电学性质. .一些新型无机非金属材料可以作绝缘体，有的可作一些新型无机非金属材料可以作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体等。一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。半导体、导体、超导体等。一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。（3 3）具有光学性质）具有光学性质. .有些新型无机非金属材料能发出单色的光，有的能有些新型无机非金属材料能发出单色的光，有的能透过可见光。有的能使红外线、雷达射线穿过。透过可见光。

7、有的能使红外线、雷达射线穿过。（4 4）具有生物功能）具有生物功能. .一些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，一些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体内，用这类材料制成的人对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医学上。造牙齿、人造骨骼，已被应用在医学上。二、几种典型的新型无机非金属材料二、几种典型的新型无机非金属材料1 1、结构材料、结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷2 2、功能材料、功能材料光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）1 1、结构材料、结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷(1)(1)氧化铝

8、陶瓷氧化铝陶瓷性性 能能 用用 途途 熔点高熔点高 坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管 硬度大硬度大 刚玉球磨机刚玉球磨机 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管高压钠灯灯管 备注：钠蒸气放电发光问题早在备注：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由于没有一种能年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（抵御高温钠蒸气（14001400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到19651965年年才制取第一支高压钠灯。才制取第一支高压钠灯。高温结构材料与金属材料的性能比较高温结构材料与金属材料的性能比较 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。耐高温、耐腐蚀、硬

9、度大、耐磨损、不怕氧化。 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。 (3)(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、(4)(4)人造宝石人造宝石( (请看下页请看下页) ) 制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料

10、制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。（不用水冷却，减少热散失）。SiSi3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷沙漠车沙漠车氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件人造宝石人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是红宝石和蓝宝石的主要成分都是AlAl2 2O O3 3（刚玉）。（刚玉）。 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物； 而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。 19001900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的

11、方年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为法，制出了质量为2g-4g2g-4g的红宝石。的红宝石。 现在，已经能制造出现在，已经能制造出大到大到10g10g的红宝石和蓝宝石。的红宝石和蓝宝石。 红宝石和蓝宝石及人造宝石红宝石和蓝宝石及人造宝石(3)(3)光导纤维的用途：光导纤维的用途：光纤除了可以用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传光纤除了可以用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。像、遥测遥控、照明等许多方面。 (2)(2)光纤光缆与普通电缆比较光纤光缆与普通电缆比较( (见下页见下页) ) (1)(1)是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速

12、公路的是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的“基石基石 1870 1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。2 2、功能材料、功能材料光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）光

13、导原理光光 纤纤 光光 缆缆 普普 通通 电电 缆缆 信息量大信息量大, ,每根光纤理论上可同时通过每根光纤理论上可同时通过1010亿路电话亿路电话 8 8管同轴电缆每条管同轴电缆每条通话通话18001800路路 原料来源广原料来源广( (石英玻璃石英玻璃),),节约有色金属节约有色金属 资源较少资源较少 质量小质量小, ,每公里每公里27 g,27 g,不怕腐蚀不怕腐蚀, ,铺设方便铺设方便 每公里每公里1.6 t 1.6 t 成本低成本低, ,每公里每公里1 1万元左右万元左右 每公里每公里2020万元万元 性能好性能好, ,抗电磁干扰保密性强抗电磁干扰保密性强, ,能防窃听能防窃听, ,

14、不发生电辐射不发生电辐射 光学纤维胃镜光学纤维胃镜现代通信用光缆现代通信用光缆用光导纤维做手术，不用开刀用光导纤维做手术，不用开刀 金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业。质，被用于钻探、磨削等行业。 但是，由于天然金刚石非常少，远远不能满足生产和科研的需但是，由于天然金刚石非常少，远远不能满足生产和科研的需要。科学家们通过对石墨和金刚石同素异形体结构的研究，指出了要。科学家们通过对石墨和金刚石同素异形体结构的研究，指出了在一定条件下使石墨转化为金刚石的可能性。在一定条件下使石墨转化为金刚石的可能性

15、。 19551955年，美国首先用石墨合成出金刚石，这是材料合成领域的年，美国首先用石墨合成出金刚石，这是材料合成领域的一项重大成就。一项重大成就。 目前，世界上用石墨合成金刚石的研究发展很快，我国在这方目前，世界上用石墨合成金刚石的研究发展很快，我国在这方面的研究也在飞速发展，许多城市都建有人造金刚石的工厂和研究面的研究也在飞速发展，许多城市都建有人造金刚石的工厂和研究所，以满足生产发展的需要。所，以满足生产发展的需要。金刚石金刚石钻头金刚石锯片 展望展望2121世纪，材料科学的前景是美好的：世纪，材料科学的前景是美好的：1.1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将光电转换材

16、料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化；实现高效化；2.2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善（如步改善（如“白色污染白色污染”将被消除）；将被消除）；3.3.高温超导材料进入实用阶段；高温超导材料进入实用阶段；4.4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5 5、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通 社会需要材料社会需要材料, ,材料离不开化学。材料离不开化学。材料名称材料名称举例举例高频绝缘材料高频绝缘材料氧化铝、滑石

17、、镁橄榄石质陶瓷氧化铝、滑石、镁橄榄石质陶瓷压电陶瓷压电陶瓷电子打火器、铝钛酸铅系材料电子打火器、铝钛酸铅系材料磁性材料磁性材料阿尔法质谱仪阿尔法质谱仪导体陶瓷导体陶瓷钠、锂、氧的离子导体、碳化硅等钠、锂、氧的离子导体、碳化硅等半导体陶瓷半导体陶瓷氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过渡金属元素的氧化物氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过渡金属元素的氧化物光学材料光学材料钇铝石榴石激光材料、石英、氧化铝等多组分的光导纤维钇铝石榴石激光材料、石英、氧化铝等多组分的光导纤维高温结构陶瓷高温结构陶瓷高温氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等难熔化合物高温氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等难熔化合物超硬材料超硬材料

18、人造金刚石、人造红宝石等人造金刚石、人造红宝石等生物陶瓷生物陶瓷植入陶瓷、人造牙、人造骨、人造关节等植入陶瓷、人造牙、人造骨、人造关节等1 1、科学家认为大气中、科学家认为大气中COCO2 2增多能引起增多能引起“温室效应温室效应”，你认为目前大气中，你认为目前大气中的的COCO2 2主要来源是主要来源是A.A.人口增长呼出人口增长呼出COCO2 2增多增多B.B.建筑工业的发展使大量碳酸盐分解建筑工业的发展使大量碳酸盐分解C.C.植物的呼吸与腐烂放出植物的呼吸与腐烂放出COCO2 2D D. .工业上大量燃烧含碳的燃料工业上大量燃烧含碳的燃料2.2.下列有关物质用途的叙述，错误的是下列有关物

19、质用途的叙述，错误的是A.A.锗与硅相似，也是重要的半导体材料锗与硅相似，也是重要的半导体材料B.B.二氧化硅是制造光导纤维的重要原料二氧化硅是制造光导纤维的重要原料C.C.水玻璃可用作防腐剂和耐火材料水玻璃可用作防腐剂和耐火材料D D. .石英坩埚可用于熔融石英坩埚可用于熔融NaOHNaOH固体固体3.3.能说明碳酸的酸性比硅酸强的事实是能说明碳酸的酸性比硅酸强的事实是A.A.COCO2 2通入通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中生成白色胶状沉淀溶液中生成白色胶状沉淀B.SiOB.SiO2 2和和NaNa2 2COCO3 3在高温下反应生成在高温下反应生成NaNa2 2SiOSiO3

20、3和和COCO2 2C.C.碳酸易溶于水，硅酸难溶于水碳酸易溶于水，硅酸难溶于水D.D.碳酸不稳定，硅酸较稳定碳酸不稳定，硅酸较稳定 练习题：练习题：4.可以肯定溶液中大量存在CO的方法是A.加入AgNO3溶液有白色沉淀产生B.加入稀盐酸有无色无味气体放出C.加入MgCl2溶液时有白色沉淀产生，再加入稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D.加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸，反应现象如C所述5.用一种试剂鉴别水玻璃，纯碱溶液、烧碱溶液，这种试剂是A.Ba(OH)2溶液 B稀硫酸C.BaCl2溶液 D.AgNO3溶液6.将适量CO2气体分别通入：CaCl2溶液 Na2SiO3溶液 Ca(ClO)2溶液 饱和Na2CO3溶液，溶液中有白色沉淀析出的是 A. B. C. D.237.7.石灰石是许多工业原料之一，工业上制取下列物质时，一石灰石是许多工业原料之一，工业上制取下列物质时，一定要用石灰石的是定要用石灰石的是钠钠 生石灰生石灰 烧碱烧碱 玻璃玻璃 水泥水泥A.A. B. B.C C. . D. D.8.8.进行人工降雨时，可通过飞机向云层撒布的试剂是进行人工降雨时，可通过飞机向云层撒布的试剂是A.A.干冰干冰 B.B