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(共15张PPT)
第五章化工生产中的重要非金属元素
第三节无机非金属材料
有机高分子材料
金属材料
无机非金属材料p19
材 料
硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀
等特点(p19)
硅酸钠 (Na SiO ) 水溶液俗称水玻璃， 是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
0
Si
0
O
◎
硅酸盐材料
陶瓷 普通玻璃
普通水泥
原料 黏土 纯碱(Na CO )、石灰石 (CaCO )、石英砂(SiO )
主要原料：石灰石、黏土， 辅助原料：适量的石膏
设备 陶瓷窑 玻璃窑
水泥回转窑
主要 成分 含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na SiO )、硅酸 钙(CaSiO )、二氧化硅 (SiO )
硅酸三钙(3CaO · SiO )、硅酸
二钙(2CaO · SiO )、铝酸三钙
(3CaO ·Al O )
用途 建筑材料、绝缘材 料、日用器皿、卫 生洁具等 建筑材料、光学仪器、 各种器皿、制造玻璃纤 维等
大量用于建筑和水利工程
常见的硅酸盐材料 p20-21
1、硅和二氧化硅
原子结构 第三周期第IVA族 地壳中居第二位
存在—→ 化合态：氧化物和硅酸盐(亲氧元素) 硅 一用途—→ 单质硅是应用最为广泛的半导体材料
期 元 素 周 期 表 中干
0
于
H He 4001 K
4
在常温下，化学性质不活 1ⅡA 草子序数 素名称 人的 92 U - 铀 lbd 2380 元朝，基 属元素 皿A NA A MA A
3L 4 Be 电子电精 5 B 0 6C 7N 算 4 9F h Ne
相 对 原 子 ( 加 t四元 气体元米 长同位素的量数)
n Na 纳 22.99 12 Mg 2431 13 A 9 14 Si isP e 16S 17 C 5.45 Ar 一
B MB vn MB 10 1B B
+2c 2co
9 K 09.10 20 Ca 21 Se 22 T 23 V 24 Cr 2s Mn 26 Fe 20( 20 Ni 29 Cu 30 Zu 31 Ga 32 Ge n A I Se Br biKr
7 Rh 3 57 1N 42Mu R R 50 Sn 118.7 1Sb 218 21 Xe
5 C 地 1329 56 Ba 镧 137.3 惘系 72 H 73 74 W 75 Re 76O 77 Ir 78 Pt Au 80-H 81T 82 Pb 错 2072 83 B 辅 2090 84 Pe 5 Ai
87 F 钫 [2231 88 Ra A- 网系 04.Rf 285 105 Db 126 106 Sg 镇* [274 107 Bb * [270] 08 Hs 2771 09 Mt 较* 2761 u0 Ds [281 n Rg e 280 112 Cn 1289] 13 N 饰 * 12841 114 FI 铁* 1289 15 Me 2s] 116 L 2* 201 27 T 204
化学性质
制取SiO
新型无机非金属材料
。
资料卡片 高纯硅的制备 p22
焦炭
SiHCl
1800～2000℃
SiO +2c1800~2000- 2CO^+Si (含杂质的粗硅)
Si+3HCl300℃SiHCl +H
(纯度高的多晶硅)
硅和二氧化硅的用途：
①高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。
②SiO 用于生产光导纤维。
H
1100℃
HCl
300℃
高纯硅
石英砂
粗硅
1 存在：岩石、沙土
2 应用：制玻璃、光导纤维等
3 结构：
正四面体，空间网状
4 物理性质：熔点高，硬度大的固体
SiO 的性质
二氧化硅(SiO ) 酸性氧化物
水晶、玛瑙、石英
高
→与碱性氧化物 (C aO、Na O 等) SiO +CaO =
与 HF (雕刻玻璃) SiO +4HF=SiF 个十2H 0
高温
与 盐 (Na CO 、CaCO 等 )SiO +CaCO ==C aSiO +CO 个
SiO 的性质
5 化学性质：很不活泼
高温
→与非金属(C) SiO +2C ==Si+2CO 个
与碱 (NaOH) SiO +2NaOH==Na SiO 十H O
新型材料 成分 性能
主要应用
碳化硅陶瓷 SiC(俗称金刚砂) 硬度大、耐高温、抗氧化
磨料、耐高温结构材料、耐高 温半导体材料
高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金 属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀
用于火箭发动机、汽车发动机 和高温电极材料等
压 电 陶 瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和 电能的相互转化
用于滤波器、扬声器、超声波 探伤器和点火器等
透 明 陶 瓷 氧化铝、氧化钇等透 明陶瓷；氮化铝、氟 化钙等非氧化物透明 陶瓷 具有优异的光学性能、耐 高 温 、 绝缘性好
用于高压钠灯、激光器、高温 探测窗等
超 导 陶 瓷 — 临界温度下具有超导性
用于电力、交通、医疗等领域
新型无机非金属材料 2、新型陶瓷 p23
概念 性能 用途
富勒烯 由碳原子构成的一 系列笼形分子的总 称，如C 制碳纳米材料
碳 纳 米 管 由石墨片层卷成的 管状物，具有纳米 尺度的直径 比表面积大， 有相当高的 强度和优良 的电学性能 生产复合材料、电 池和传感器等
石墨烯 只有一个碳原子直 径厚度的单层石墨 电阻率低、 热导率高， 具有很高的 强度 在光电器件、超级 电容器、电池、复 合材料等方面的应 用研究在不断深入
新型无机非金属材料
3、碳纳米材料 p23-24
HF雕刻玻璃 S70 十 = S0 个+2 H O
盛Na0 试 剂瓶不用磨口玻璃塞 S0, 十2 际 == Na SiO 十H O
新型陶瓷 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷
新型无机非金属材料
碳纳米材料 富勒烯、碳纳米管、石墨烯
硅和二氧化硅的用途：
①高纯硅广泛用于信息技术和新能源技 术等领域。(半导体材料、太阳能电池)
②SiO 用于生产光导纤维。
课 堂 小 结
硅酸盐材料： 陶瓷、玻璃、水泥
SiO +2C 二0020002CO^+Si
S+3HCI CsiCl;+,
高纯硅的制备
A. 硅在自然界中主要以单质形式存在
B. 硅是应用最广泛的半导体材料
C. 高纯度的硅可用于制造计算机芯片
D. 二氧化硅可用于生产玻璃
课 堂 练习
1.下列叙述错误的是( )。
2.下列物品或设施：
①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤水晶镜片
⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维0计算机芯片
(1)使用了硅单质的是 (填序号，下同)。
(2)使用了二氧化硅的是 0
(3)使用了硅酸盐材料的是 0
课 堂练习
1、光纤通讯是光作为信息的载体，让光在光导纤维中传输，制造
光导纤维的基本原料是( C )
A、铜 B、钢 C、石 英 D、铝
2、除去二氧化硅固体中混有的CaCO 固体，方法正确的是( C ) A、加水，过滤 B、加热
C、加盐酸，过滤 D、加NaOH溶液，过滤
课 堂 练 习
3 、下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( D )
A、传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B、新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大强度 C、高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D、 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
课 堂练习

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