高中化學(xué)新人教選修2 無(wú)機(jī)非金屬材料ppt

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1、 同學(xué)們，以下工業(yè)建筑及生活用品都同學(xué)們，以下工業(yè)建筑及生活用品都是有那些材料構(gòu)成的？是有那些材料構(gòu)成的？水泥水泥玻璃玻璃中國(guó)陶瓷珍品之清彩瓷中國(guó)陶瓷珍品之清青花唐三彩 通過(guò)，以上幻燈片提示，誰(shuí)能說(shuō)出什么是硅酸通過(guò)，以上幻燈片提示，誰(shuí)能說(shuō)出什么是硅酸鹽材料？自然界中那些物質(zhì)是硅酸鹽或硅的氧化鹽材料？自然界中那些物質(zhì)是硅酸鹽或硅的氧化物？傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以什么物質(zhì)為原料生產(chǎn)？原物？傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以什么物質(zhì)為原料生產(chǎn)？原料又有什么結(jié)構(gòu)特殊性？料又有什么結(jié)構(gòu)特殊性？陶瓷、水泥、玻璃等是硅酸鹽材料；陶瓷、水泥、玻璃等是硅酸鹽材料；沙石、黏土、石英、石棉、高齡石等許多礦物是沙石、黏土、石英、石棉、高齡石等

2、許多礦物是硅酸鹽或硅的氧化物；硅酸鹽或硅的氧化物；傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以黏土、鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石為原料。傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以黏土、鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石為原料。232261SiOOAOK結(jié)構(gòu)中都含有硅氧四面體結(jié)構(gòu)中都含有硅氧四面體 特點(diǎn)：穩(wěn)定性高、硬度高、特點(diǎn)：穩(wěn)定性高、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等腐蝕等1 1、陶瓷、陶瓷(China)(China)主要原料：黏土主要原料：黏土 傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：混和、成型、干燥、傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻燒結(jié)、冷卻 反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 主要成分：硅酸鹽主要成分：硅酸鹽 主要特性：抗氧化、抗

3、酸堿腐蝕、耐主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點(diǎn)。高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點(diǎn)。 一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷器制造過(guò)程示意圖你能說(shuō)出陶釉的成分嗎？你能說(shuō)出陶釉的成分嗎？ 金屬及金屬氧化物，如紅色金屬及金屬氧化物，如紅色CuCu2 2O O。我國(guó)古代人民真?zhèn)ゴ?，向他們學(xué)習(xí)！我國(guó)古代人民真?zhèn)ゴ?，向他們學(xué)習(xí)！二、玻璃二、玻璃1 1、原、原 料：純堿、石灰石和石英料：純堿、石灰石和石英 2 2、主要設(shè)備：玻璃熔爐、主要設(shè)備：玻璃熔爐 3 3、生產(chǎn)過(guò)程：原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成、生產(chǎn)過(guò)程：原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻型冷卻4 4、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主

4、要、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)反應(yīng)Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 高溫 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 高溫5 5、主要成分、主要成分：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 6 6、主要性能：玻璃態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定、主要性能：玻璃態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。 （Na2OCaO6SiO2）玻璃的制造過(guò)程普通玻璃普通玻璃光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃石英玻璃石英玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃2 2、水泥：、水泥：主要原料：黏土和石灰石主要原料：黏土和石灰石 主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要設(shè)備：水泥回

5、轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程：生料研磨，高溫煅燒得熟生產(chǎn)過(guò)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料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥水泥輔助原料：石膏輔助原料：石膏作用是調(diào)節(jié)水泥硬作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度化速度水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：硅酸三鈣主要成分：硅酸三鈣(3CaO(3CaOSiOSiO2 2) )、 硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaO(2CaOSiOSiO2 2) )、鋁酸三鈣、鋁酸三鈣(3CaO(3CaOAlAl2 2O O3 3) )等等 主要性能：水硬性主要性能：水硬性主要用途：建筑、修路。主要用途：建筑、修路。如：水泥如：水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土砂漿、混凝土、鋼筋混凝土 。反

6、應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 你聽(tīng)說(shuō)過(guò)豆腐渣工程嗎，產(chǎn)生現(xiàn)象的原因很多，你聽(tīng)說(shuō)過(guò)豆腐渣工程嗎，產(chǎn)生現(xiàn)象的原因很多，但都與水泥標(biāo)號(hào)有關(guān)，查閱資料了解水泥標(biāo)號(hào)有但都與水泥標(biāo)號(hào)有關(guān)，查閱資料了解水泥標(biāo)號(hào)有關(guān)問(wèn)題。關(guān)問(wèn)題。定定 義：義：特特 性：性：種種 類：類：具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能（性質(zhì)）的新材料。具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能（性質(zhì)）的新材料。 能承受高溫、強(qiáng)度大：氮化硅陶瓷（耐能承受高溫、強(qiáng)度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC) 具有光學(xué)特性：光導(dǎo)纖維具有光學(xué)特性：光導(dǎo)纖維 具有電學(xué)特性：具有電學(xué)特性：K3C60超導(dǎo)體超導(dǎo)體 具有生物功能：如具有生物功能：如Ca3(PO4)2

7、系陶瓷系陶瓷用用 途：途：氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維醫(yī)學(xué)、日常生活、交通、通訊、機(jī)械、建筑醫(yī)學(xué)、日常生活、交通、通訊、機(jī)械、建筑航空、航天等航空、航天等二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點(diǎn)高(2450),硬度大(9.2),是重要的工業(yè)磨料。如其中摻入某些雜質(zhì),會(huì)使之出現(xiàn)半導(dǎo)體,作為高溫半導(dǎo)體,用于電熱元件。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境,現(xiàn)已用作火箭噴嘴,熱電偶保護(hù)管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。 碳化硅制成的渦輪葉片 1 1、新型陶瓷新型陶瓷氮化硅陶瓷（Si3N4 ）是灰白色固體，硬度為9，是最

8、硬的材料之一。它的導(dǎo)熱性好且膨脹系數(shù)小，可經(jīng)受低溫高溫、驟冷驟熱反復(fù)上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。 科技人員發(fā)現(xiàn)，如果用耐高溫的陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金鋼制造陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作溫度可達(dá)13001500。 美國(guó)軍方曾做過(guò)一次有趣的實(shí)驗(yàn)：在演習(xí)場(chǎng)200米跑道的起跑線上，停放著兩輛坦克，一輛裝有500馬力的鋼質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)，而另一輛裝有同樣馬力的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)。陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)果然身手不凡，那輛坦克僅用了19秒鐘就首先到達(dá)終點(diǎn)，而鋼質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)坦克在充分預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)后，用了26秒才跑完全程。其奧秘就在于陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率高，不僅可節(jié)省30的熱能，而且工作功率比鋼質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)提高45以上。另外，陶瓷發(fā)動(dòng)

9、機(jī)無(wú)需水冷系統(tǒng)，其密度也只有鋼的一半左右，這對(duì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)自身重量也有重要意義。 1 1、新興陶瓷材料具有那些優(yōu)良的性能？、新興陶瓷材料具有那些優(yōu)良的性能？2 2、碳化硅結(jié)構(gòu)同硅相似，分析其可能的、碳化硅結(jié)構(gòu)同硅相似，分析其可能的性質(zhì)。性質(zhì)。3 3、寫(xiě)出制取碳化硅、氮化硅的化學(xué)反應(yīng)、寫(xiě)出制取碳化硅、氮化硅的化學(xué)反應(yīng)方程式。方程式。SiOSiO2 2+3C=SiC+3C=SiC+2CO+2CO3Si3Si+2N+2N2 2=Si=Si3 3N N4 43SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl原子晶體原子晶體 單晶硅單晶硅在

10、日常生活中是電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。電視、電腦、冰箱、電話、手表、汽車，處處都離不開(kāi)單晶硅單晶硅材料，單晶硅單晶硅作為科技應(yīng)用普及材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活中的各個(gè)角落。 單晶硅單晶硅在火星上是火星探測(cè)器中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器的制成材料?；鹦翘綔y(cè)器在火星上的能量全部來(lái)自太陽(yáng)光，探測(cè)器白天休息-利用太陽(yáng)能電池板把光能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，晚上則進(jìn)行科學(xué)研究活動(dòng)。也就是說(shuō)，只要有了單晶硅單晶硅，在太陽(yáng)光照到的地方，就有了能量來(lái)源。 單晶硅單晶硅在太空中是航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星必不可少的原材料。人類在征服宇宙的征途上，所取得的每一步進(jìn)步，都有著單晶硅單晶硅的身影。航

11、天器材大部分的零部件都要以單晶硅單晶硅為基礎(chǔ)。離開(kāi)單晶硅單晶硅，衛(wèi)星會(huì)沒(méi)有能源，沒(méi)有單晶硅單晶硅，航天飛機(jī)和宇航員不會(huì)和地球取得聯(lián)系，單晶硅單晶硅作為人類科技進(jìn)步的基石，為人類征服太空作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。 單晶硅單晶硅在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用高純的單晶硅單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料。在光伏技術(shù)和微小型半導(dǎo)體逆變器技術(shù)飛速發(fā)展的今天，利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池可以直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能，實(shí)現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開(kāi)始。由硅石由硅石粗硅粗硅高純多晶硅（純度在高純多晶硅（純度在9 9個(gè)個(gè)“9”9”以上以上(99.9999999(99.9999999以上以上) )單晶硅單晶硅（1 1） 粗硅的制備：又稱工業(yè)

12、硅，純度在粗硅的制備：又稱工業(yè)硅，純度在9595 9999的硅（反應(yīng)要點(diǎn)的硅（反應(yīng)要點(diǎn)高溫高溫16001600 18001800） （2 2）SiHClSiHCl3 3的制備的制備多用粗硅與干燥氯化氫在多用粗硅與干燥氯化氫在200200以上反應(yīng)：以上反應(yīng)：SiSi十十3 3HClHCl=SiHCl=SiHCl3 3+H+H2 2（3 3）精餾提純后的）精餾提純后的SiHClSiHCl3 3用高純氫氣還原得到多晶硅用高純氫氣還原得到多晶硅 SiHClSiHCl3 3十十H H2 2=Si=Si十十3 3HClHCl2、現(xiàn)代信息技術(shù)材料、現(xiàn)代信息技術(shù)材料-單晶硅單晶硅SiOSiO2 2(s)(s)

13、十十2 2C(s)C(s)SiSi(s)(s)十十2 2CO(g)CO(g) 閱讀：科學(xué)視野閱讀：科學(xué)視野太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池1 1、高壓合成金、高壓合成金剛石的局限性？剛石的局限性？2 2、化學(xué)氣相沉、化學(xué)氣相沉積法制造金剛積法制造金剛石薄膜的原理石薄膜的原理是什么？是什么？注注 意：意：金剛石金剛石 石墨石墨 C60 之間的關(guān)系？之間的關(guān)系？C60金剛石金剛石石墨石墨C C6060及其應(yīng)用前景及其應(yīng)用前景 C60的發(fā)現(xiàn) 1985年，美國(guó)科學(xué)家克羅托（H.W.K.kroto)等用質(zhì)譜儀,嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件,得到以C60為主的質(zhì)譜圖。由于受建筑學(xué)家布克米尼斯持富勒（BuckminsterFull

14、er）設(shè)計(jì)的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，克羅托（kroto)等提出 C60是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的球形32面體，即由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形構(gòu)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(jié)構(gòu)酷似足球，所以又稱為足球烯（Footballene）除C60外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有 C28、C32、C50、C70、C84、C240、C540等，統(tǒng)稱為Fullerenes，中文譯名為富勒烯。 C C6060的超導(dǎo)性的超導(dǎo)性 1991 1991年，赫巴德（年，赫巴德（HebardHebard）等首先提出摻鉀）

15、等首先提出摻鉀C C6060具有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度為具有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度為18K18K，打破了有，打破了有機(jī)超導(dǎo)體（機(jī)超導(dǎo)體（EtEt）2 2CuNCuN（CNCN）2 2ClCl超導(dǎo)起始溫度超導(dǎo)起始溫度為為12.8K12.8K的紀(jì)錄。不久又制備出的紀(jì)錄。不久又制備出RbRb3 3C C6060的超導(dǎo)體，的超導(dǎo)體，超導(dǎo)起始溫度為超導(dǎo)起始溫度為29K29K。表。表1-11-1列出了已合成的各種列出了已合成的各種摻雜摻雜C C6060的超導(dǎo)體和超導(dǎo)起始溫度，說(shuō)明摻雜的超導(dǎo)體和超導(dǎo)起始溫度，說(shuō)明摻雜C C6060的超導(dǎo)體已進(jìn)入高溫超導(dǎo)體的行列。我國(guó)在這方的超導(dǎo)體已進(jìn)入高溫超導(dǎo)體的行列。我國(guó)在這

16、方面的研究也很有成就，北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物面的研究也很有成就，北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理所合作，成功地合成了理所合作，成功地合成了K K3 3C C6060和和RbRb3 3C C6060的超導(dǎo)體，的超導(dǎo)體，超導(dǎo)起始溫度分別為超導(dǎo)起始溫度分別為8K8K和和28K28K。有科學(xué)工作者預(yù)。有科學(xué)工作者預(yù)言，如果摻雜言，如果摻雜C C240240和摻雜和摻雜C C540540，有可能合成出具有，有可能合成出具有更高超導(dǎo)起始溫度的超導(dǎo)體。更高超導(dǎo)起始溫度的超導(dǎo)體。 人們對(duì)人們對(duì)C60的研究還在繼續(xù)，希望同的研究還在繼續(xù)，希望同學(xué)們加油，將來(lái)的某一天你也會(huì)在這學(xué)們加油，將來(lái)的某一天你也會(huì)在這方面獲得方面

17、獲得巨大成功。巨大成功。1 1、普通玻璃是、普通玻璃是 , , 玻璃可在一定溫度范圍內(nèi)軟化，制成玻璃可在一定溫度范圍內(nèi)軟化，制成工藝品等。這是因?yàn)椴ＡР还に嚻返取＿@是因?yàn)椴ＡР皇鞘?，而是一種，而是一種 物質(zhì)，沒(méi)有固定物質(zhì)，沒(méi)有固定 。混合物混合物混合物混合物純凈物純凈物溶沸點(diǎn)溶沸點(diǎn)2 2、制水泥和玻璃時(shí)都需要用的原料是、制水泥和玻璃時(shí)都需要用的原料是（ ）（A A）黏土）黏土 （B B）石英）石英 （C C）石灰石）石灰石 （D D）純堿）純堿C3 3、下列說(shuō)法正確的是（、下列說(shuō)法正確的是（ ）（A A）SiOSiO2 2是酸性氧化物，它不溶于水也是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸不溶于任何酸（B B）SiOSiO2 2是制造玻璃的主要原料之一，是制造玻璃的主要原料之一，它在常溫下與它在常溫下與NaOHNaOH溶液不反應(yīng)溶液不反應(yīng)（C C）因高溫時(shí)）因高溫時(shí)SiOSiO2 2與與NaNa2 2COCO3 3反應(yīng)放出反應(yīng)放出COCO2 2，所以所以H H2 2SiOSiO3 3酸性比酸性比H H2 2COCO3 3強(qiáng)強(qiáng)（D D）COCO2 2通入水玻璃中可得原硅酸通入水玻璃中可得原硅酸D作業(yè)：復(fù)習(xí)題、質(zhì)量檢測(cè)作業(yè)：復(fù)習(xí)題、質(zhì)量檢測(cè)再再 見(jiàn)見(jiàn)