2023/1/161第三章化學與材料的發展第一節無機非金屬材料第1課時新課標人教版高中化學課件系列選修2化學與技術2023/1/162傳統硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷2023/1/163概念:

以含硅物質為原料，經加工制得硅酸鹽產品的工業稱為硅酸鹽工業。常見如水泥、玻璃、陶瓷等工業都屬硅酸鹽工業。2.硅酸鹽工業的特點：(1)原料：(2)反應條件：(3)反應原理：(4)生成物：硅酸鹽工業含硅的物質、碳酸鹽等。高溫復雜的物理、化學變化硅酸鹽產品3.硅酸鹽產品分類：陶瓷。水泥、玻璃、傳統硅酸鹽材料2023/1/164結構中都含有硅氧四面體

特點：穩定性高、硬度高、熔點高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等傳統硅酸鹽材料2023/1/1651.陶瓷(China)（1）主要原料：黏土

（2）傳統生產過程：混和、成型、干燥、燒結、冷卻

（3）反應原理：復雜的物理、化學變化

（4）主要成分：硅酸鹽

（5）主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優點。

一、傳統硅酸鹽材料陶瓷2023/1/166你知道陶釉的成分嗎？

金屬及金屬氧化物，如紅色Cu2O。陶瓷2023/1/167主要種類：土器：磚瓦(自然冷卻，Fe2O3含量較多)(淋水冷卻，Fe3O4、FeO較多)陶器：彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：碗盤茶具收藏珍品炻器：水缸、砂鍋景德鎮陶瓷紅瓦青瓦陶瓷2023/1/1682.玻璃（1）原

料：純堿、石灰石和石英（2）主要設備：玻璃熔爐

（3）生產過程：原料粉碎，玻璃熔爐中強熱，成型冷卻（4）反應原理：復雜的物理、化學變化，主要反應Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑

高溫

CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑

高溫玻璃2023/1/169（5）主要成分：Na2SiO3?CaSiO3?SiO2

（6）主要性能：玻璃態物質，沒有固定的熔點，在一定溫度范圍內逐漸軟化。（Na2O?CaO?6SiO2）玻璃2023/1/1610種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質輕、抗震裂運動器材，微波通訊器材，汽車、火車的窗玻璃等玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等光學玻璃透光性能好，有折光性和色散性眼鏡片，照相機、顯微鏡、望遠鏡等中的凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數小、耐酸堿、強度大、濾光化學儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導纖維，壓電晶體等幾種玻璃的特性及比較玻璃2023/1/1611b.有色玻璃在玻璃原料中加入某些金屬氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO

呈藍色加入Mn2O3呈紫色加入Cr2O3

呈綠色加入Cu2O呈紅色c.鋼化玻璃玻璃普通玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就可以得到鋼化玻璃。a.普通玻璃2023/1/1612玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃d.防彈玻璃又稱為夾層玻璃。當受到外部撞擊的時候，夾層可將受到的力發散開來，減少了子彈等武器的沖擊力，進而保護了受保護者的安全！玻璃2023/1/1613f.光學玻璃玻璃2023/1/1614g.石英玻璃玻璃2023/1/1615在玻璃中加入適量的溴化銀(AgBr)和氧化銅的微小晶粒，經過適當的熱處理，可以制成變色玻璃。當強光照射到玻璃上，溴化銀分解為銀和溴單質，分解出的銀原子聚集成銀的微小晶粒，使玻璃呈現暗棕色，能擋住大部分光線。光線變暗，銀和溴在氧化銅的催化作用下，重新生成溴化銀。于是玻璃的顏色自動變淺，透光性增強。H.變色玻璃2023/1/1616思考：玻璃為什么會被人工吹制成各種形狀？

普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物質，主要成分是SiO2。玻璃不是晶體，而是玻璃態物質，這類物質沒有固定的熔點，可以在某一溫度范圍內逐漸軟化變成液態。在軟化狀態時，玻璃可吹制或軋成一定形狀的制品。玻璃2023/1/16173.水泥：主要原料：黏土和石灰石

主要設備：水泥回轉窯生產過程：生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥輔助原料：石膏—作用是調節水泥硬化速度石膏—作用是調節水泥硬化速度水泥2023/1/1618水泥回轉窯水泥2023/1/1619主要成分：硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等主要性能：水硬性主要用途：建筑、修路。

如：水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土。反應原理：復雜的物理、化學變化

你聽說過豆腐渣工程嗎，產生現象的原因很多，但都與水泥標號有關，查閱資料了解水泥標號有關問題。水泥學與問2023/1/1620水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、粘土石英、純堿、石灰石粘土主要設備回轉爐玻璃熔爐陶瓷窯反應條件高溫高溫高溫反應原理復雜的物理、化學變化Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2復雜的物理化學變化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2成分復雜特性水硬性玻璃態物質抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣水泥、玻璃、陶瓷生產比較傳統硅酸鹽材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮21定義：特性：種類：具有特殊結構和特殊功能（性質）的新材料。能承受高溫、強度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC)具有光學特性：光導纖維具有電學特性：K3C60超導體具有生物功能：如Ca3(PO4)2系陶瓷用途：氮化硅陶瓷光導纖維醫學、日常生活、交通、通訊、機械、建筑航空、航天等二、新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮22傳統無機非金屬材料與新型材料的比較傳統的硅酸鹽材料優、缺點優點：抗腐蝕、耐高溫；缺點：質脆、經不起熱沖擊。

新型無機非金屬材料特性①承受高溫，強度高。

②具有光學特性。③具有電學特性。

④具有生物功能。

新型無機非金屬材料2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮23新型無機非金屬材料的特性（1）.能承受高溫、強度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久性模具等。（2）.具有電學特性，一些新型無機非金屬材料可以作為半導體、導體、超導體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。（3）.具有光學特性。有些新型無機非金屬材料能發出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。（4）.具有生物特性。有些新型無機非金屬材料強度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應性，可直接植入人體內，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應用在醫療上。2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮24新型陶瓷材料習慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統陶瓷和特種陶瓷。傳統陶瓷是以粘土、長石、石英等天然礦物為原料經燒結而成的。特種陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細微粒為原料特制而成。又稱精細陶瓷、精密陶瓷。2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮25碳化硅

SiC,俗稱金剛砂。熔點高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業磨料。如其中摻入某些雜質,會使之出現半導體,作為高溫半導體,用于電熱元件。作為高溫結構陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應用領域是高溫、耐磨和耐蝕的環境,現已用作火箭噴嘴,熱電偶保護管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。

碳化硅制成的渦輪葉片

1、新型陶瓷新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮26氮化硅陶瓷（Si3N4

） 是灰白色固體，硬度為9，是最硬的材料之一。它的導熱性好且膨脹系數小，可經受低溫高溫、驟冷驟熱反復上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結構材料。

新型陶瓷動動手：寫出制取碳化硅、氮化硅的化學反應方程式。SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮27氧化鋁陶瓷性

能用

途熔點高坩堝、高溫爐管硬度大剛玉球磨機透明、耐高溫高壓鈉燈燈管新型陶瓷高純氧化鋁透明陶瓷管2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮28

功能陶瓷(functionalceramics)材料是以特定的性能或通過各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨特功能的材料。功能陶瓷新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮29

TiO2、

ZrO2、LaCrO3等高溫電子陶瓷，用于制造電容器和電子工業中的高溫高頻器件。如BaTiO3類陶瓷用于制造溫度傳感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏傳感材料；ZnO系陶瓷，SiC

、BaTiO3系陶瓷用于制造壓力和振動傳感材料等。功能陶瓷的用途：新型陶瓷2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮30由硅石粗硅高純多晶硅（純度在9個“9”以上(99.9999999％以上)單晶硅（1）粗硅的制備：又稱工業硅，純度在95％99％的硅（反應要點高溫1600℃1800℃）

（2）SiHCl3的制備多用粗硅與干燥氯化氫在200℃以上反應：Si十3HCl==SiHCl3+H2（3）精餾提純后的SiHCl3用高純氫氣還原得到多晶硅

SiHCl3十H2==Si十3HCl2、現代信息技術材料----單晶硅

SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g)現代信息基礎材料——單晶硅2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮31閱讀：科學視野—太陽能電池現代信息基礎材料——單晶硅2023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮32討論1.高壓合成金剛石的局限性？2.化學氣相沉積法制造金剛石薄膜的原理是什么？3.石墨、金剛石、C60新材料誕生新技術石墨、金剛石和C602023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮33注意：金剛石石墨C60之間的關系？碳的三種物質形態C60金剛石石墨石墨、金剛石和C602023/1/16江西省鷹潭市第一中學桂耀榮34C60及其應用前景

C60的發現

1985年，美國科學家克羅托（H.W.K.kroto)等用質譜儀,嚴格控制實驗條件,得到以C60為主的質譜圖。由于受建筑學家布克米尼斯持?富勒（BuckminsterFuller）設計的球形薄殼建筑結構的啟發，克羅托（kroto)等提出C60是由60個碳原子構成的球形32面體，即由12個五邊形和20個六邊形構成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。隨后將C60分子命名為布克米尼斯持?富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的結構酷似足球，所以又稱為足球烯（Footballene）除C60外，具有封閉籠狀結構的還可能有C28、C32、C50、C70、C84