人教版高中化学选修二第3单元课题1 无机非金属材料 课件74张PPT
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修二第3单元课题1 无机非金属材料 课件74张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2018-11-17 21:23:49 | ||
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文档简介
课件74张PPT。第七章 硅和硅酸盐工业第三节 无机非金属材料 第1节
无机非金属材料材料
指为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质。材
料传统无机
非金属材料新型无机
非金属材料石器——燧石取火硅酸盐——水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅——光导纤维单晶硅——集成电路传统材料人类文明发展史新型材料信息材料无机非金属材料的发展传统无机 非金属材料水泥
玻 璃
陶 瓷
无机非金属材料新型无机 非金属材料新型陶瓷光导纤维概念:
以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。
常见如水泥、玻璃、陶瓷等工业都属硅酸盐工业。2. 硅酸盐工业的特点：(1)原料：（2）反应条件：(3)反应原理：(4)生成物：硅酸盐工业含硅的物质、碳酸盐等。高温复杂的物理、化学变化硅酸盐产品3. 硅酸盐产品分类：陶瓷。水泥、玻璃、 按组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等
硅酸盐水泥是由粘土和石灰石按比例在旋转窑中于1450℃以上温度煅烧成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。1、水泥（cement）1、水泥黏土
石灰石
石膏水
硬
性水
泥
回
转
窑3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3水泥砂浆
混凝土
钢筋混凝土 石膏—作用是调节水泥硬化速度1.建筑用粘合剂——水泥砂浆的 成分是什么？
2.混凝土又是什么做成的？水泥 沙子 和水 的 混合物水泥 沙子 和 碎石混合而成思考
水 泥 水泥是最常用的建筑材料下图是1949——1998年我国水泥产量示意图硅酸盐水泥熟料 、矿物组成及含量 组 分 化 学 式 符号 质量分数
硅酸三钙 3CaO.SiO2 C3S 0.37～0.60
硅酸二钙 2CaO.SiO2 C2S 0.15～0.37
铝酸三钙 3CaO.Al2O3 C3A 0.07～0.15
铁铝酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 0.10～0.18符号C表示CaO，S表示SiO2 ，A表示Al2O3 ，
F表示Fe2O3。二、玻璃
（glass）(1)普通玻璃(钠玻璃)
是用石英砂、纯碱和
石灰石共熔而制得的
一种无色透明的熔体：
Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2
(2) 有色玻璃
在玻璃原料中加入某些金属氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO 呈蓝色
加入Mn2O3 呈紫色
加入Cr2O3 呈绿色
加入Cu2O 呈红色（3）钢化玻璃(4)防弹玻璃
又称为夹层玻璃。当受到外部撞击的时候，夹层可将受到的力发散开来，减少了子弹等武器的冲击力，进而保护了受保护者的安全！玻璃加工1、普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却，
就可以得到钢化玻璃。2、氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在
玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器(量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O变色玻璃 在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。
光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。
几种玻璃的特性及比较玻璃态物质玻璃的结构特点——玻璃态物质
玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。
玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状态时，玻璃可吹制或轧成一定形状的制品。
2．玻 璃纯 碱
石灰石
石 英 玻
璃
窑 Na2SiO3
CaSiO3
SiO2 水泥：Na2O.CaO.6SiO2
＊陶瓷在我国历史悠久
＊唐朝时的”唐三彩“
＊宋朝时的”钧 瓷“
＊中国的英文名China
就是源于陶瓷。
＊中国的”瓷都“是
江西景德镇
＊中国的”陶都“是
江苏宜兴3、陶 瓷（china） 古代重庆一带被称为巴国，由于当时的食盐多产于巴国，因此食盐也叫做盐巴！
3、陶瓷陶瓷是由黏土在高温下烧制而成，根据
原料和烧制温度的不同主要分为：
土器、陶器、炻器、瓷器。
土器：含杂质比较高的粘土在
适当的温度下而成的，如常见
的砖、瓦。
瓷器：需要纯净的粘土做原料，
温度也更高，瓷器比陶器磁体
白净质地致密。主要种类：土器：砖瓦(自然冷却，Fe2O3含量较多)(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)陶器：彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：碗盘茶具收藏珍品炻器：水缸、砂锅景德镇陶瓷红瓦青瓦水泥、玻璃、陶瓷生产比较新型无机非金属材料传统无机非金属材料与新型材料的比较传统的硅酸盐材料优、缺点优点：抗腐蚀、耐高温；
缺点：质脆、经不起热冲击。 新型无机非金属材料特性①承受高温，强度高。
②具有光学特性。
③具有电学特性。
④具有生物功能。 新型无机非金属材料的特性1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。
2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。处于高温下的光导纤维4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。
人造关节光 导 纤 维 optical waveguide fibre
简称光纤，是用来传递光线和图象的纤维。
制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无水石英（SiO2）是常用的光导纤维材料。
光导纤维的用途：近年来，光导纤维用于光通信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电话、科研等方面都有广泛的用途。 １、光 导 纤 维 光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点。首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或2 000路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量更大得惊人。而且，光纤通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高。光纤通信损耗低，目前无中继传送距离一般为30～70 km(而同轴电缆每隔1．5 km就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗)，很适合远距离信息传输。目前，人们已建成大西洋海底光缆(全长约7 000 km)。计划中的南太平洋光缆(全长约16 000 km)也正在紧锣密鼓的准备之中。进一步降低光纤损耗，减少中继站数目，甚至不用中继站，是人们的下一步目标。光学纤维胃镜２、新 型 陶 瓷 材 料 习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。
传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。
特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。氧化铝陶瓷二氧化锆结构陶瓷几种典型的新型无机非金属材料高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、
耐磨损、不怕氧化、密度小等 (1)氧化铝陶瓷性? 能 用? 途 熔点高 坩埚、高温炉管 硬度大 刚玉球磨机 透明、耐高温 高压钠灯灯管 高纯氧化铝透明陶瓷管高压钠灯 氮化硅（Si3N4）是由共价键形成的原子晶体。
用途：硬度高、耐磨系数低、有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、
转子、叶片、燃烧室喷嘴等
高温零件以及高温下使用的
模具和夹具。（2）氮化硅陶瓷 碳化硅（SiC--金刚砂）和氮化硅一样，是稳定的原子晶体。具有高的热传导能力、硬度大、熔点高、比重小，有较高的强度和较好的热稳定性，与各种酸都不起作用，其抗氧化性能在高达1550OC时仍很优良。
用途：制造磨料、模
具、特种耐火材料制品；
用于制造电阻发热元件。（3）碳化硅陶瓷 功能陶瓷(functional ceramics)材料是以特定的性能或通过各种物理因素（如声、光、电、磁）作用而显示出独特功能的材料。功能陶瓷 TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高温电子陶瓷，用于制造电容器和电子工业中的高温高频器件。如BaTiO3类陶瓷用于制造温度传感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏传感材料；ZnO系陶瓷，SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造压力和振动传感材料等。功能陶瓷的用途： 生物陶瓷是用于人体器官替换、修补，及外科矫形的陶瓷材料。主要包括羟基磷灰石、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。生物陶瓷材料 羟基磷灰石（Ca10(PO4) 6(OH) 2）陶瓷的
用途：
它具有良好的生物活性，能与人骨紧密结合。主要用于不承载的小型种植体（如耳骨），用金属支撑加强的牙科种植体。 生物陶瓷人工听 小骨假体由羟基 磷灰石(HA)陶瓷 制成，表面具有 微孔，可使患者听力平均高20~30dB，适用于慢性化脓性中耳炎患者作听小骨置换和鼓腊修复手术。自1989年以来已临床应用800多例，通过省级鉴定。透明陶瓷和纳米陶瓷
一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明。用高纯度的原料可获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异，而且耐高温，熔点一般都在
2 000℃以上。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高压钠灯，发光效率比高压汞灯高一倍，使用寿命可达2万小时。 人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，便得到了纳米陶瓷。纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。纳米陶瓷还具有延展性，如室温下合成的Ti02
陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。纳米氧化锆陶瓷颗粒金刚石、石墨和C60 —新材料诞生新科技 金刚石 石墨粉 足球烯(C60)唐三彩唐三彩女侍俑唐三彩女坐俑唐三彩少女俑唐三彩文吏俑钧 瓷景 泰 蓝
无机非金属材料材料
指为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质。材
料传统无机
非金属材料新型无机
非金属材料石器——燧石取火硅酸盐——水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅——光导纤维单晶硅——集成电路传统材料人类文明发展史新型材料信息材料无机非金属材料的发展传统无机 非金属材料水泥
玻 璃
陶 瓷
无机非金属材料新型无机 非金属材料新型陶瓷光导纤维概念:
以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。
常见如水泥、玻璃、陶瓷等工业都属硅酸盐工业。2. 硅酸盐工业的特点：(1)原料：（2）反应条件：(3)反应原理：(4)生成物：硅酸盐工业含硅的物质、碳酸盐等。高温复杂的物理、化学变化硅酸盐产品3. 硅酸盐产品分类：陶瓷。水泥、玻璃、 按组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等
硅酸盐水泥是由粘土和石灰石按比例在旋转窑中于1450℃以上温度煅烧成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。1、水泥（cement）1、水泥黏土
石灰石
石膏水
硬
性水
泥
回
转
窑3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3水泥砂浆
混凝土
钢筋混凝土 石膏—作用是调节水泥硬化速度1.建筑用粘合剂——水泥砂浆的 成分是什么？
2.混凝土又是什么做成的？水泥 沙子 和水 的 混合物水泥 沙子 和 碎石混合而成思考
水 泥 水泥是最常用的建筑材料下图是1949——1998年我国水泥产量示意图硅酸盐水泥熟料 、矿物组成及含量 组 分 化 学 式 符号 质量分数
硅酸三钙 3CaO.SiO2 C3S 0.37～0.60
硅酸二钙 2CaO.SiO2 C2S 0.15～0.37
铝酸三钙 3CaO.Al2O3 C3A 0.07～0.15
铁铝酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 0.10～0.18符号C表示CaO，S表示SiO2 ，A表示Al2O3 ，
F表示Fe2O3。二、玻璃
（glass）(1)普通玻璃(钠玻璃)
是用石英砂、纯碱和
石灰石共熔而制得的
一种无色透明的熔体：
Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2
(2) 有色玻璃
在玻璃原料中加入某些金属氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO 呈蓝色
加入Mn2O3 呈紫色
加入Cr2O3 呈绿色
加入Cu2O 呈红色（3）钢化玻璃(4)防弹玻璃
又称为夹层玻璃。当受到外部撞击的时候，夹层可将受到的力发散开来，减少了子弹等武器的冲击力，进而保护了受保护者的安全！玻璃加工1、普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却，
就可以得到钢化玻璃。2、氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在
玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器(量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O变色玻璃 在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。
光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。
几种玻璃的特性及比较玻璃态物质玻璃的结构特点——玻璃态物质
玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。
玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状态时，玻璃可吹制或轧成一定形状的制品。
2．玻 璃纯 碱
石灰石
石 英 玻
璃
窑 Na2SiO3
CaSiO3
SiO2 水泥：Na2O.CaO.6SiO2
＊陶瓷在我国历史悠久
＊唐朝时的”唐三彩“
＊宋朝时的”钧 瓷“
＊中国的英文名China
就是源于陶瓷。
＊中国的”瓷都“是
江西景德镇
＊中国的”陶都“是
江苏宜兴3、陶 瓷（china） 古代重庆一带被称为巴国，由于当时的食盐多产于巴国，因此食盐也叫做盐巴！
3、陶瓷陶瓷是由黏土在高温下烧制而成，根据
原料和烧制温度的不同主要分为：
土器、陶器、炻器、瓷器。
土器：含杂质比较高的粘土在
适当的温度下而成的，如常见
的砖、瓦。
瓷器：需要纯净的粘土做原料，
温度也更高，瓷器比陶器磁体
白净质地致密。主要种类：土器：砖瓦(自然冷却，Fe2O3含量较多)(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)陶器：彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：碗盘茶具收藏珍品炻器：水缸、砂锅景德镇陶瓷红瓦青瓦水泥、玻璃、陶瓷生产比较新型无机非金属材料传统无机非金属材料与新型材料的比较传统的硅酸盐材料优、缺点优点：抗腐蚀、耐高温；
缺点：质脆、经不起热冲击。 新型无机非金属材料特性①承受高温，强度高。
②具有光学特性。
③具有电学特性。
④具有生物功能。 新型无机非金属材料的特性1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。
2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。处于高温下的光导纤维4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。
人造关节光 导 纤 维 optical waveguide fibre
简称光纤，是用来传递光线和图象的纤维。
制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无水石英（SiO2）是常用的光导纤维材料。
光导纤维的用途：近年来，光导纤维用于光通信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电话、科研等方面都有广泛的用途。 １、光 导 纤 维 光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点。首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或2 000路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量更大得惊人。而且，光纤通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高。光纤通信损耗低，目前无中继传送距离一般为30～70 km(而同轴电缆每隔1．5 km就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗)，很适合远距离信息传输。目前，人们已建成大西洋海底光缆(全长约7 000 km)。计划中的南太平洋光缆(全长约16 000 km)也正在紧锣密鼓的准备之中。进一步降低光纤损耗，减少中继站数目，甚至不用中继站，是人们的下一步目标。光学纤维胃镜２、新 型 陶 瓷 材 料 习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。
传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。
特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。氧化铝陶瓷二氧化锆结构陶瓷几种典型的新型无机非金属材料高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、
耐磨损、不怕氧化、密度小等 (1)氧化铝陶瓷性? 能 用? 途 熔点高 坩埚、高温炉管 硬度大 刚玉球磨机 透明、耐高温 高压钠灯灯管 高纯氧化铝透明陶瓷管高压钠灯 氮化硅（Si3N4）是由共价键形成的原子晶体。
用途：硬度高、耐磨系数低、有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、
转子、叶片、燃烧室喷嘴等
高温零件以及高温下使用的
模具和夹具。（2）氮化硅陶瓷 碳化硅（SiC--金刚砂）和氮化硅一样，是稳定的原子晶体。具有高的热传导能力、硬度大、熔点高、比重小，有较高的强度和较好的热稳定性，与各种酸都不起作用，其抗氧化性能在高达1550OC时仍很优良。
用途：制造磨料、模
具、特种耐火材料制品；
用于制造电阻发热元件。（3）碳化硅陶瓷 功能陶瓷(functional ceramics)材料是以特定的性能或通过各种物理因素（如声、光、电、磁）作用而显示出独特功能的材料。功能陶瓷 TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高温电子陶瓷，用于制造电容器和电子工业中的高温高频器件。如BaTiO3类陶瓷用于制造温度传感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏传感材料；ZnO系陶瓷，SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造压力和振动传感材料等。功能陶瓷的用途： 生物陶瓷是用于人体器官替换、修补，及外科矫形的陶瓷材料。主要包括羟基磷灰石、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。生物陶瓷材料 羟基磷灰石（Ca10(PO4) 6(OH) 2）陶瓷的
用途：
它具有良好的生物活性，能与人骨紧密结合。主要用于不承载的小型种植体（如耳骨），用金属支撑加强的牙科种植体。 生物陶瓷人工听 小骨假体由羟基 磷灰石(HA)陶瓷 制成，表面具有 微孔，可使患者听力平均高20~30dB，适用于慢性化脓性中耳炎患者作听小骨置换和鼓腊修复手术。自1989年以来已临床应用800多例，通过省级鉴定。透明陶瓷和纳米陶瓷
一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明。用高纯度的原料可获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异，而且耐高温，熔点一般都在
2 000℃以上。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高压钠灯，发光效率比高压汞灯高一倍，使用寿命可达2万小时。 人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，便得到了纳米陶瓷。纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。纳米陶瓷还具有延展性，如室温下合成的Ti02
陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。纳米氧化锆陶瓷颗粒金刚石、石墨和C60 —新材料诞生新科技 金刚石 石墨粉 足球烯(C60)唐三彩唐三彩女侍俑唐三彩女坐俑唐三彩少女俑唐三彩文吏俑钧 瓷景 泰 蓝