5.3.2 无机非金属材料 硅、二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料 课件(共20张PPT)

(共20张PPT)
第三节 无机非金属材料
第二课时 新型无机非金属材料
硅、二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料
1《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是（ ）
A．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化
B．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
B
2小明参观了举世瞩目的北京大兴国际机场，该机场建设时应用了许多先进技术，其中之一是“重载水泥混凝土铺面技术”。下列原料可用于制造普通水泥的是（ ）
A．胆矾 B．纯碱 C．石膏 D．小苏打
C
3、氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。
（1）、根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途：
A、制作坩埚 B、用作建筑陶瓷
C、制作耐高温轴承 D、制作切削刀具
（2）、请写出氮和硅的原子结构示意图，并根据元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式。
Si3N4
以材料的使用划分人类文明进化时代
从远古的石器时代，到铁器时代，再到如今的新材料时代，人类社会经过了七个不同的时代：
1.公元前10万年 石器时代
2.公元前3000年 青铜器时代
3.公元前1000年 铁器时代
4.公元0年 水泥时代
5.1800年 钢时代
6.1950年 硅时代
7.1900年 新材料时代
一、硅酸盐概念与特点
1.概念：
2.特点：
3.硅酸盐的表示方法：
由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。
大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等。
硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如：
硅酸钠（Na2SiO3）→ Na2O·SiO2
高岭石（Al2H4Si2O9）→Al2O3·2SiO2·2H2O
钾云母（KH2Al3Si3O12）→K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
顺序：金属氧化物·非金属氧化物·H2O
1．Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。
2．用途：黏合剂，防火剂，制备硅胶。
最简单的硅酸盐——硅酸钠
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
成分：含水的铝硅酸盐
原料：黏土
用途：用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
反应原理：高温烧结而成
1.陶瓷：
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
NB!沙子居然！震惊！变成了玻璃
成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
原料：纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
反应原理：
2.玻璃：
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
加入元素或物质
含铅原料
硼酸盐
金属氧化物或盐
玻璃特性
用途
光学玻璃：透光性好、折射率高
耐化学腐蚀、耐温度急剧变化
彩色玻璃
制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
制造可用于实验室使用的玻璃仪器
用于建筑和装饰
光学玻璃
玻璃仪器
彩色玻璃
2.玻璃：不同性能和用途的玻璃
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
成分：硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
原料：黏土和石灰石、适量石膏
用途：水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程
3.水泥：
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
反应原理：
陶瓷 玻璃 水泥
主要原料 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2） 黏土、石灰石
主要成分 Al2O3·2SiO2·2H2O Na2CO3、CaCO3、SiO2 硅酸二钙、铝酸三钙等
反应原理 高温烧结而成 高温下发生复杂的物理和化学变化
用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 制混凝土，大量用于建筑和水利工程
二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
碳原子和硅原子通过共价键连接
结构
性能
砂纸和砂轮的磨料
SiC
陶瓷
高温抗氧化
硬度大
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
4.新型陶瓷
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
5.碳纳米材料
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60。
富勒烯
由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。
具有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
碳纳米管
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；应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面。
石墨烯