第1节 无机非金属材料1

第3单元化学与材料的发展

什么叫材料

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。

材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的分类和特点

材料无机非金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维传统无机非金属材料新型无机非金属材料水泥、玻璃、陶瓷等

高温结构陶瓷、光导纤维等Fe、Cu、Al、合金等概念: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。

常见如水泥、玻璃、陶瓷等工业都属硅酸盐工业。2.原料：含硅的物质、碳酸盐等。一、传统硅酸盐材料3.硅酸盐产品的特点：稳定性强、硬度大、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等。第1节无机非金属材料

1、主要原料：粘土2、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却3、反应原理：复杂的物理、化学变化4、主要成分：硅酸盐5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。

传统硅酸盐材料产品分类

（一）、陶瓷——人类制造出的第一种材料６、陶瓷主要种类：土器：砖瓦(自然冷却，Fe2O3含量较多)(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)陶器：彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：碗盘茶具收藏珍品炻器：水缸、砂锅瓷都景德镇注：①彩釉②搪瓷不属于陶瓷红瓦青瓦（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Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑5、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

（Na2O•Ca2O•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。4、反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应高温高温种类特性用途普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等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、紫外灯等的灯壳；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、望远镜用凹凸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、防虫蛀太空飞行员的衣服、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;汽车、火车窗玻璃等几种特种玻璃这些玻璃的主要成分分别是什么？（三）、水泥：1、主要原料：粘土和石灰石2、主要设备：3、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

辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬化速度4、反应原理：复杂的物理、化学变化5、主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、

硅酸二钙(2CaO•SiO2)、铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等6、主要性能：水硬性7、主要用途：建筑、修路。

如：水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土水泥回转窑水泥的标号水泥的标号

水泥的标号是水泥强度大小的标志，测定水泥标号的抗压强度，系指水泥砂浆硬结28天后的强度。例如检测得到28天后的抗压强度为310kg/cm2，则水泥的标号定为300号。抗压强度为300-400kg/cm2者均算为300号。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六种标号。200号-300号的可用于一些房屋建筑。400号以上的可用于建筑较大的桥梁或厂房，以及一些重要路面和制造预制构件。

水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.纯碱石灰石粘土主要设备回转炉玻璃熔炉陶瓷窑反应条件高温高温高温反应原理复杂的物理、化学变化Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2复杂的物理化学变化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2成分复杂特性水硬性玻璃态物质抗氧化.酸碱.腐蚀耐高温.绝缘水泥、玻璃、陶瓷生产比较水泥中加入石膏的目的？

思考与交流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？

①承受高温，强度高。

②具有光学特性。③具有电学特性。

④具有生物功能。

二新型无机非金属材料新型无机非金属材料的特性(1).能承受高温、强度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃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。(2).具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、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).具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。处于高温下的光导纤维(4).具有生物特性。有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，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。人造关节几种新型无机非金属材料简介1、碳化硅陶瓷教材P522、氮化硅陶瓷教材P52高温结构陶瓷?特点？氮化硅陶瓷主要特性①超硬度，耐磨损；②抗腐蚀，高温时也抗氧化；③抗冷热冲击而不碎裂；④耐高温且不易传热；⑤本身具有润滑性

HF?主要用途制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等3、氧化铝陶瓷高压钠灯氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷（人造刚玉）主要特性①高熔点；②高硬度；③可制成透明陶瓷；④无毒、不溶于水，强度高；⑤对人体有较好的适应性

主要用途高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等2、现代信息基础材料——单晶硅阅读教材p533、光导纤维光导纤维（二氧化硅）主要特性①抗干扰性能好，不发生辐射；②通讯质量好；③质量轻、耐腐蚀能否铺在碱性土壤中？主要用途用于通讯外，还用于医疗、信息处理、遥测遥控等光导纤维手术头灯光纤光缆

普通电缆

信息量大，信息量大，每根光缆上理论上可同时通过10亿路电话

8管同轴电缆每条通话1800路

原料来源广（石英玻璃），节约有色金属

资源较少

质量小，每km27g，不怕腐蚀，铺设方便

每km1.6t成本低，每km10000元左右

普通光缆每km200000元左右

性能好，抗电磁干扰保密性强

，能防窃听，不发生电辐射

4、石墨、金刚石和C60--新材料诞生新科技阅读教材p54-56新材料发展趋势（1）高分子材料。（2）特种陶瓷。高强高温结构陶瓷、电工电子功能陶瓷和复合陶瓷是新材料中普遍注重的发展方向。（3）功能材料。这是新材料中发展很快的一个重要方向，如半导体、激光、红外、超导、电子、磁性、发光、液晶、换能、传感材料等，品种繁多，前景广阔。（4）能源材料。（5）高性能、高强度结构材料。（6）复合材料。纤维增强型、弥散粒子型、叠层复合型复合材料以及碳纤维、石墨纤维、硼纤维、金属纤维、晶须的研制发展，将使被称为"21世纪材料"复合材料更放光彩。（7）金属新材料。非晶态金属(金属玻璃)、记忆合金、防振合金、超导合金和金属氢等。（8）极限材料。（9）原子分子设计材料。（10）稀土材料。稀土金属在激光、荧光、磁性、红外、微波、核能、特种陶瓷以及化工材料中，有奇异的性能，稀土材料已成为重要的开发领域。我国稀土资源储量居世界首位，因此稀土的开发对我国更为重要。练习下列物质：①水泥②玻璃③陶瓷④水晶，其中属于硅酸盐工业产品的是()A只有①②B只有②④C全部D只有①②③D课堂练习在玻璃、水泥工业生产中，都需要的原料是（）。

Ａ．石灰石

Ｂ．纯碱

Ｃ．粘土

Ｄ．石英

A下列物质属于纯净物的是①水玻璃②水泥③玻璃④漂白粉⑤胆矾⑥氯水⑦液氯()A、①④

B、①⑤

C、①⑤⑥

D、⑤⑦D与钢化玻璃成分相同的是()A有色玻璃B普通玻璃

C石英玻璃D光学玻璃B将固体烧碱熔化，应选择的坩埚是()A石英坩埚B瓷坩埚C铁坩埚D玻璃坩埚C下列各组物质中不起反应的是()

A．SiO2与纯碱共熔

B．CO2通入Na2SiO3溶液C．SiO2与大理石共熔D．SiO2和浓H2SO4共热D制取4.78t玻璃(化学式表示为：Na2O·CaO·6SiO2)，同时能产生标况下CO2气体的体积是多少？解：n(Na2O·CaO·6SiO2)=4.78×106g/478g.mol-1=1x104mol由原子守恒得n(Na2CO3)=n(CaCO3)=n(Na2O·CaO·6SiO2)=1x104moln(CO2)=n(Na2CO3)+n(CaCO3)=2x104molV(CO2)=22.4L/mol×2x104mol=448x103L=448m3练习：1、有一种陶瓷，也是一种新型无机非金属材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的（）。

Ａ．耐高温的特性

Ｂ．电学特性

Ｃ．光学特性

Ｄ．生物功能

D2、我国及美国、日本等国家都已研制出了一种陶瓷柴油机。这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是（）A氧化铝陶瓷B氮化硅陶瓷C光导纤维

D玻璃钢B3、光纤通信70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信系统已投入使用，光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的()A碳B石英C锗D硅B4、下列哪些材料是新型无机材料①氧化铝陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化铝陶瓷⑤氮化钛陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化铜陶瓷()A①②③B①③④⑤C①⑤⑥D全部D5、碳化硼(Ｂ4Ｃ3)陶瓷硬度大、熔点高，具有化学惰性。据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是（）。

Ａ．作耐磨材料

Ｂ．作润滑材料

Ｃ．制切削工业

Ｄ．制耐腐蚀材料

B6、氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是____Ａ制气轮机叶.Ｂ制有色金属.Ｃ制永久性模具.Ｄ制造柴油机。(2)写出N的原子结构示意图__，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式___(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式_______