人教版高中化学选修2化学与技术第三章第一节无机非金属材料（第2课时）（完整版）

江西省教育信息技术研究“十二五”规划2012年度课题《基于网络的高中化学课件库的建设与应用研究》

（课题编号：GDK-2012-G-72883）

主持人：桂耀荣2024/6/1712024/6/172第三章化学与材料的发展第一节无机非金属材料第2课时新课标人教版高中化学课件系列选修2化学与技术2024/6/173教学目标1、了解传统的硅酸盐工业的生产特点，知道其生产原理和产品的主要成分。2、能举例说明无机非金属材料的特点。3、讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。新型无机非金属材料2024/6/174定义：特性：种类：具有特殊结构和特殊功能（性质）的新材料。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系陶瓷用途：氮化硅陶瓷光导纤维医学、日常生活、交通、通讯、机械、建筑航空、航天等二、新型无机非金属材料新型无机非金属材料2024/6/175传统无机非金属材料与新型材料的比较传统的硅酸盐材料优、缺点优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。

新型无机非金属材料特性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。

新型无机非金属材料2024/6/176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。新型无机非金属材料2024/6/177（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。新型无机非金属材料2024/6/178（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新型无机非金属材料2024/6/179（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。人造关节新型无机非金属材料2024/6/1710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、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。新型陶瓷2024/6/1711碳化硅SiC,俗称金刚砂。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。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、耐蚀的零件。碳化硅制成的涡轮叶片

1、新型陶瓷新型陶瓷2024/6/1712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。新型陶瓷2024/6/1713

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。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。新型陶瓷2024/6/1714氧化铝陶瓷性

能用

途熔点高坩埚、高温炉管硬度大刚玉球磨机透明、耐高温高压钠灯灯管新型陶瓷2024/6/1715高纯氧化铝透明陶瓷管新型陶瓷2024/6/1716高压钠灯新型陶瓷2024/6/1717交流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。3、写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应方程式。SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl原子晶体新型陶瓷2024/6/1718

功能陶瓷(functionalceramics)材料是以特定的性能或通过各种物理因素（如声、光、电、磁）作用而显示出独特功能的材料。功能陶瓷新型陶瓷2024/6/1719

TiO2、

ZrO2、LaCrO3等高温电子陶瓷，用于制造电容器和电子工业中的高温高频器件。如BaTiO3类陶瓷用于制造温度传感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏传感材料；ZnO系陶瓷，SiC、BaTiO3系陶瓷用于制造压力和振动传感材料等。功能陶瓷的用途：新型陶瓷2024/6/1720

生物陶瓷是用于人体器官替换、修补，及外科矫形的陶瓷材料。主要包括羟基磷灰石、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。生物陶瓷材料

羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]陶瓷的用途：它具有良好的生物活性，能与人骨紧密结合。主要用于不承载的小型种植体（如耳骨），用金属支撑加强的牙科种植体。新型陶瓷2024/6/1721

生物陶瓷人工听 小骨假体由羟基 磷灰石(HA)陶瓷 制成，表面具有 微孔，可使患者听力平均高20~30dB，适用于慢性化脓性中耳炎患者作听小骨置换和鼓腊修复手术。自1989年以来已临床应用800多例，通过省级鉴定。新型陶瓷2024/6/1722透明陶瓷和纳米陶瓷

一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明。用高纯度的原料可获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异，而且耐高温，熔点一般都在2000℃以上。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高压钠灯，发光效率比高压汞灯高一倍，使用寿命可达2万小时。人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，便得到了纳米陶瓷。纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。纳米陶瓷还具有延展性，如室温下合成的Ti02陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。纳米氧化锆陶瓷颗粒新型陶瓷2024/6/1723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、、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。

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。现代信息基础材料——单晶硅2024/6/1724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℃）

（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十3HCl2、现代信息技术材料----单晶硅

SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g)现代信息基础材料——单晶硅2024/6/1725阅读：科学视野—太阳能电池现代信息基础材料——单晶硅2024/6/1726讨论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？3.石墨、金刚石、C60新材料诞生新技术石墨、金刚石和C602024/6/1727碳的三种同素异形体的比较金刚石石墨C60石墨、金刚石和C602024/6/1728注意：金刚石石墨C60之间的关系？碳的三种物质形态C60金刚石石墨石墨、金刚石和C602024/6/1729结构和性质金刚石石墨C60C原子的成键形式四面体平面三角形球面形（直径710pm）C原子的杂化轨道sp3sp2sp2.26(σ键s0.3p0.7)C－C－C键角109°28＇120°116°C－C键长/pm154.4141.8139.1(6/6)145.5(6/5)密度/g.cm-33.5142.2661.678电阻/Ω.cm1014～1016(0.4-5.0)×10-4(∥层)(0.2-1.0)(⊥层)硬度/Mohs10<1碳的三种同素异形体的比较石墨、金刚石和C602024/6/1730C60及其应用前景

C60的发现

1985年，美国科学家克罗托（)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。石墨、金刚石和C602024/6/1731

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Rb