1、第五章 化工生產(chǎn)中的重要非金屬第三節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料新課講解課程學(xué)習(xí)目標(biāo)知道常見(jiàn)的新型材料。5 認(rèn)識(shí)我們身邊的硅酸鹽材料。1掌握硅的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。3認(rèn)識(shí)二氧化硅的應(yīng)用。4知道陶瓷、玻璃、水泥的主要組成。2新課講解導(dǎo)入 步兵戰(zhàn)車應(yīng)用了一種新型才傲的發(fā)動(dòng)機(jī)-絕熱陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，可使其不易被紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)并被紅外制導(dǎo)武器所摧毀。那么你知道這種陶瓷在化學(xué)上屬于什么材料嗎？ 1. 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。(2)反應(yīng)條件：高溫。(3)反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。(4)生成

2、物：硅酸鹽。一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料新課講解 二氧化硅中沒(méi)有單個(gè)分子，用SiO2來(lái)表示二氧化硅的組成,表示Si與O的原子個(gè)數(shù)比為1:2,所以不是分子式而是化學(xué)式。SiO2四面體結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)資料卡片新課講解SiO2唐三彩新課講解生產(chǎn)原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)過(guò)程：混合-成型-干燥-燒結(jié)-冷卻反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型2.陶 瓷（china）新課講解機(jī)場(chǎng)出口處的藍(lán)色玻璃隔離墻 紅色玻璃產(chǎn)品新課講解生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）生產(chǎn)設(shè)備

3、：玻璃熔爐反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶體，無(wú)固定的熔點(diǎn)高溫SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫玻 璃 新課講解 玻璃的種類種類特性用途石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈，紫外燈，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片，照相機(jī)，顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡用凸凹透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕，不怕燒，不導(dǎo)電，不吸水，隔熱，吸聲，防蛀蟲太空飛行員的衣服，玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫，耐腐蝕，強(qiáng)度大，質(zhì)輕，抗震裂運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，

4、汽車，火車窗玻璃等新課講解水 泥 水泥是最常用的建筑材料下圖是19491998年我國(guó)水泥產(chǎn)量示意圖新課講解生產(chǎn)原料：石灰石、黏土+適量石膏 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣(2CaOSiO2) 鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)等反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要特性：水泥具有水硬性水 泥新課講解二、 新型無(wú)機(jī)非金屬材料1傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫； 缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。2.新型無(wú)機(jī)非金屬材料有哪些特性？ 承受高溫，強(qiáng)度高。 具有光學(xué)特性。 具有電學(xué)特性。 具有生物功能。新課講解3.

5、硅單質(zhì)請(qǐng)畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖分析：既不易失去電子，又不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。Si位于元素周期表第三周期，第A，處于金屬與非金屬過(guò)渡位置，為半導(dǎo)體材料新課講解存在及物理性質(zhì)硅在地殼中含量?jī)H次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形態(tài)：沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)-二氧化硅、硅酸鹽 硅單質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，是很好的半導(dǎo)體材料！新課講解瑪瑙瑪瑙瑪瑙單質(zhì)Si的制備在高溫下讓粗硅（Si）與氯氣（Cl2）反應(yīng)，其產(chǎn)物在高溫下被氫氣（H2）還原而得到較純的硅SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫（高純硅 99.9999999）提純硅Si + 2Cl2= SiCl4高溫粗硅制粗硅SiO

6、2 +2C = Si + 2CO高溫粗硅新課講解用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等。集成電路 晶體管新課講解4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及應(yīng)用水晶瑪瑙新課講解無(wú)色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝罱Y(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形硅藻土水晶瑪瑙硅石新課講解SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅叫硅石；結(jié)晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用來(lái)制造光導(dǎo)纖維，具有優(yōu)良的性能。新課講解光導(dǎo)纖維主要特性：抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；通訊質(zhì)量好；質(zhì)量輕、耐腐蝕。5、新 型 陶 瓷 材 料習(xí)慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷是以粘土

7、、長(zhǎng)石、石英等天然礦物為原料經(jīng)燒結(jié)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(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。新課講解戰(zhàn)斗機(jī)上應(yīng)用了陶瓷材料氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷新課講解氮化硅陶瓷幾種新型陶瓷幾種典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕、抗氧化等，用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC-金剛砂）。壓電陶瓷特點(diǎn):主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)化，用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和但火氣等。透明陶瓷：氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣等類型；特點(diǎn)：耐高溫、絕緣性好，用于高壓鈉

8、燈，激光器和高溫探窗。超導(dǎo)陶瓷：特點(diǎn)為某臨界溫度下電阻為0，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等。新課講解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)透明陶瓷6、碳納米材料 -富勒烯（C60）、碳納米管、石墨烯等新課講解富勒烯（C60）、碳納米管、石墨烯富 勒 烯-籠形分子，以C60為代表.碳納米管-石墨片層管狀物，比表面積大，具有高強(qiáng)度和電學(xué)性能，用于生產(chǎn)復(fù)合材料，電池、傳感器。石 墨 烯-單層石墨，電阻率低，熱導(dǎo)率高，強(qiáng)度高用于光電器元件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等。新課講解碳納米汽車1.下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）A.硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在 B.硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料C.高純度的硅可用于制造計(jì)算機(jī)芯片 D.

9、二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃2.有下列物品或設(shè)備：陶瓷餐具磚瓦混凝土橋墩門窗玻璃水晶鏡片石英鐘水晶項(xiàng)鏈硅太陽(yáng)能電池光導(dǎo)纖維計(jì)算機(jī)芯片（1）用到硅單質(zhì)的是_（用序號(hào)填寫，下同）（2）所用材料主要為SiO2的是_（3）所用材料主要成分為硅酸鹽的是_課堂練習(xí)A3.氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發(fā)生反應(yīng)成SiF4和H2O。請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。想一想為什么可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產(chǎn)磨砂玻璃。答案：SiO2+4HF=SiF4+2H2O。玻璃種含有二氧化硅，所以可以用來(lái)制造磨砂玻璃課堂練習(xí)4.SiO2是一種酸性氧化物，能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)。例如，SiO2與NaOH反應(yīng)可生長(zhǎng)Na2SiO3。Na2SiO3的水溶

10、液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，可以用作粘合劑和防火劑。實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液的試劑瓶應(yīng)使用橡膠塞，而不用玻璃塞。請(qǐng)解釋原因，并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。課堂練習(xí)答案：用玻璃塞會(huì)導(dǎo)致瓶塞瓶口黏結(jié)在一起SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O5.氮化硅是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，它的熔點(diǎn)高，硬度大，電絕緣性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但生產(chǎn)成本較高。(1)根據(jù)以上描述，氮化硅可能有哪些用途：_(填字母)a.制作坩堝 b.用作建筑陶瓷 c.制作耐高溫軸承 d.制作切削刀具(2)請(qǐng)寫出氮和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并根據(jù)元素周期律知識(shí)，寫出氮化硅的化學(xué)式。課堂練習(xí)答案：（1）c,d；（2） N: Si: Si3N4(3)氮化硅在19世紀(jì)已經(jīng)被化學(xué)家合成出來(lái)，但直到100多年后才逐 漸應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。材料的基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用之間存在著一定距 離，你認(rèn)