高中化学必修2 5.3无机非金属材料

1、第五章 化工生产中的重要非金属第三节 无机非金属材料新课讲解课程学习目标知道常见的新型材料。5 认识我们身边的硅酸盐材料。1掌握硅的结构和应用。3认识二氧化硅的应用。4知道陶瓷、玻璃、水泥的主要组成。2新课讲解导入 步兵战车应用了一种新型才傲的发动机-绝热陶瓷发动机，可使其不易被红外探测器发现并被红外制导武器所摧毁。那么你知道这种陶瓷在化学上属于什么材料吗？ 1. 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。硅酸盐工业的特点：(1)原料：含硅的物质、碳酸盐等。(2)反应条件：高温。(3)反应原理：复杂的物理、化学变化。(4)生成

2、物：硅酸盐。一、传统硅酸盐材料新课讲解 二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示Si与O的原子个数比为1:2,所以不是分子式而是化学式。SiO2四面体结构立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质资料卡片新课讲解SiO2唐三彩新课讲解生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生产设备：陶瓷窑生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却反应原理：复杂的物理、化学变化主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型2.陶 瓷（china）新课讲解机场出口处的蓝色玻璃隔离墙 红色玻璃产品新课讲解生产原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备

3、：玻璃熔炉反应原理：复杂的物理、化学变化主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶体，无固定的熔点高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温玻 璃 新课讲解 玻璃的种类种类特性用途石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，

4、汽车，火车窗玻璃等新课讲解水 泥 水泥是最常用的建筑材料下图是19491998年我国水泥产量示意图新课讲解生产原料：石灰石、黏土+适量石膏 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）生产设备：水泥回转窑主要成分：硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2) 铝酸三钙(3CaOAl2O3)等反应原理：复杂的物理、化学变化主要特性：水泥具有水硬性水 泥新课讲解二、 新型无机非金属材料1传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？优点：抗腐蚀、耐高温； 缺点：质脆、经不起热冲击。2.新型无机非金属材料有哪些特性？ 承受高温，强度高。 具有光学特性。 具有电学特性。 具有生物功能。新课讲解3.

5、硅单质请画出碳和硅的原子结构示意图分析：既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si位于元素周期表第三周期，第A，处于金属与非金属过渡位置，为半导体材料新课讲解存在及物理性质硅在地壳中含量仅次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-二氧化硅、硅酸盐 硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！新课讲解玛瑙玛瑙玛瑙单质Si的制备在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅SiCl4+2H2=Si+4HCl高温（高纯硅 99.9999999）提纯硅Si + 2Cl2= SiCl4高温粗硅制粗硅SiO

6、2 +2C = Si + 2CO高温粗硅新课讲解用途集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。集成电路 晶体管新课讲解4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用水晶玛瑙新课讲解无色透明彩色环带或层状结晶形（石英晶体）无定形硅藻土水晶玛瑙硅石新课讲解SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅叫硅石；结晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用来制造光导纤维，具有优良的性能。新课讲解光导纤维主要特性：抗干扰性能好，不发生辐射；通讯质量好；质量轻、耐腐蚀。5、新 型 陶 瓷 材 料习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。传统陶瓷是以粘土

7、、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。新课讲解战斗机上应用了陶瓷材料氧化铝陶瓷二氧化锆结构陶瓷新课讲解氮化硅陶瓷几种新型陶瓷几种典型的新型无机非金属材料高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀、抗氧化等，用于火箭发动机，汽车发动机和高温电极材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC-金刚砂）。压电陶瓷特点:主要有钛酸盐和锆酸盐,可实现机械能和电能的相互转化，用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和但火气等。透明陶瓷：氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙等类型；特点：耐高温、绝缘性好，用于高压钠

8、灯，激光器和高温探窗。超导陶瓷：特点为某临界温度下电阻为0，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等。新课讲解科学、技术、社会透明陶瓷6、碳纳米材料 -富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯等新课讲解富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯富 勒 烯-笼形分子，以C60为代表.碳纳米管-石墨片层管状物，比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器。石 墨 烯-单层石墨，电阻率低，热导率高，强度高用于光电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。新课讲解碳纳米汽车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.

9、二氧化硅可用于生产玻璃2.有下列物品或设备：陶瓷餐具砖瓦混凝土桥墩门窗玻璃水晶镜片石英钟水晶项链硅太阳能电池光导纤维计算机芯片（1）用到硅单质的是_（用序号填写，下同）（2）所用材料主要为SiO2的是_（3）所用材料主要成分为硅酸盐的是_课堂练习A3.氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应成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。答案：SiO2+4HF=SiF4+2H2O。玻璃种含有二氧化硅，所以可以用来制造磨砂玻璃课堂练习4.SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH反应可生长Na2SiO3。Na2SiO3的水溶

10、液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作粘合剂和防火剂。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。课堂练习答案：用玻璃塞会导致瓶塞瓶口黏结在一起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，但生产成本较高。(1)根据以上描述，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.制作切削刀具(2)请写出氮和硅的原子结构示意图，并根据元素周期律知识，写出氮化硅的化学式。课堂练习答案：（1）c,d；（2） N: Si: Si3N4(3)氮化硅在19世纪已经被化学家合成出来，但直到100多年后才逐 渐应用于工业领域。材料的基础研究和实际应用之间存在着一定距 离，你认