3-1 无机非金属材料
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课件39张PPT。第三单元 化学与材料的发展课题1 无机非金属材料2019年2月24日星期日材料指为人类社会所需要并能用于制造有用器物的质。材
料传统无机
非金属材料新型无机
非金属材料一、传统硅酸盐材料 传统硅酸盐材料一般以黏土（主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2 ）和钠长石（主要成分为Na2O·Al2O3·6SiO2）等为原料生产。从性能方面说，传统硅酸盐材料有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点（优点）。缺点：质脆、经不起热冲击。1、陶瓷原料黏土与水的混合物陶瓷的生产过程粘土混合成型干燥烧结成品冷却性质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型用途艺术品、餐具、建筑材料、化学仪器等釉料中主要含有一些金属及其化合物，当窑内空气含量发生变化时，发生不同的氧化还原反应，产生不同颜色。主要设备主要成分SiO2、Al2O3和结晶水的混合物陶瓷窑2、玻璃：主要原料：
纯碱、石灰石、石英设备玻璃窑生产原理及条件Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形的
玻璃态物质（或者Na2O · CaO · 6SiO2）普通玻璃的成分玻璃的性质物理性质：表面光滑、致密、硬而脆，没有固定熔点；
化学性质：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀。钢化玻璃与普通玻璃成分相同，经过淬火冷却得到。含钾和铅的原料用来制造光学玻璃，加入B2O3制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，硼砂玻璃耐高温，常作化学仪器；加入一些金属的氧化物或盐可得到颜色不同的玻璃。 玻璃为什么会被人工吹制成各种形状？ 普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物质，主要成分是SiO2。玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成任何形状的制品。思考与交流玻璃的种类和用途3、水泥生产水泥的原料为石灰石、黏土，在磨机中粉磨成生料，然后在窑内煅烧得到熟料（主要成分CaSiO3），再配以适量的生石膏及其它混合材料制得水泥。生产过程原料研磨
混合 煅烧
(回转窑)成品加入石膏生产过程及条件：两磨加一烧、高温主要设备水泥回转窑硅酸三钙 3CaO ? SiO2
硅酸二钙 2CaO ? SiO2
铝酸三钙 3CaO ? Al2O3水硬性建筑材料其它水泥砂浆、混凝土普通水泥的成分水泥的性能用途1、熔融烧碱应选用的仪器是： （ ）
A、石英坩埚 B、普通玻璃坩埚
C、生铁坩埚 D、陶瓷坩埚C2、下列物质不属于硅酸盐的是： （ ）
A、粘土、 B、石英、
C、Al2Si2O5(OH)4 D、Mg2SiO4 B3、石灰石是许多工业原料之一，但制取下列物质不需要石灰石的是： （ ）
A、制硅酸、 B、制水泥、
C、制玻璃、 D、制生石灰A4、与普通玻璃的成分相同的是 （ ）
A、钢化玻璃 B、有色玻璃
C、光学玻璃 D、石英玻璃A5、下列物质具有固定熔沸点的是：（ ）
A、钢化玻璃 B、漂白粉
C、消石灰 D、水玻璃C6、下列不属于硅酸盐产品的是： （ ）
A、水泥 B、砖瓦 C、 陶瓷 D、硫酸 D7、过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成
①水泥 玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品 （ ）
A. ① ④ B. ② ⑤ C. ③ D. ②B8、在水泥中加入石膏的作用是
—————————————————————
将——————-、——————————。———————按一定比例混合硬化后称为混凝土。调节水泥的硬化速度水泥砂子碎石二、新型无机非金属材料 新型无机非金属材料包括新型陶瓷、无机复合材料、无机多孔材料。 你认为新型无机非金属材料应具有哪些特点？思考与交流①能承受高温、强度大；
②具有电学特性；
③具有光学特性；
④具有生物功能。1、新型陶瓷高温结构陶瓷氧化铝陶瓷二氧化锆氮化硅陶瓷结构陶瓷 碳化硅又称金刚砂，结构与金刚石相似，硬度也可以相媲美，其化学性质稳定，可耐2000摄氏度高温。
工业上，将二氧化硅与碳在电炉中加热至1900摄氏度以上可制得碳化硅，其化学方程式为：⑴碳化硅 氮化硅熔点高，硬度大，化学性质稳定，在1200摄氏度下仍可保持室温时的强度和硬度。
氮化硅有多种制造方法，工业上多通过高纯硅与纯氮气在1300摄氏度条件下反应获得。化学方程式：⑵氮化硅 也可用化学气相沉积法，在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的氮化硅层。
化学方程式：3SiCl4 + 2N2 + 6H2 === Si3N4 + 12HCl 二氧化硅、氮化硅只与酸类中的氢氟酸作用生成SiF4(g)。 ⑶高 温 结 构 陶 瓷性能
用途耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等制造发动机
制造航天飞机的防护片分类高温非氧化物（难熔化合物）、高温氧化物⑷新型无机非金属材料的特性 能承受高温，强度高，具有电学特性，具有光学特性，具有生物功能。一些新型无机非金属材料强度高、无毒，对人体组织有较好适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼已用在医学上。2、现代信息基础材料——单晶硅 虽然地壳中硅元素含量丰富，但大多以SiO2和硅酸盐形式存在，需要通过化学方法制备高纯度的单质硅，一般步骤为先由高纯度焦炭与石英砂（SiO2）反应制得95%~99%的硅。
化学方程式：杂质为SiC 由此再生产高纯硅，如用三氯硅烷（SiHCl3）法可以综合利用电解NaCl的产物Cl2、H2，生产成本低、效率高，是生产高纯硅最主要方法，主要反应为：
化学方程式： 提纯后的三氯硅烷被高纯度H2还原，得到高纯硅。
化学方程式：3、石墨、金刚石和C60——新材料诞生新科技 金刚石、晶体硅、SiC、SiO2、Si3N4都是原子晶体。 碳的三种同素异形体的比较金刚石石墨C60 用化学气相沉积法（反应物为甲烷）制金刚石薄膜的原理为：
化学方程式： C60在锂、液氨和正丁醇溶液中可与氢气发生加成反应得到C60H18和C60H36，所以C60可能会成为新型的储氢材料，K3C60具有超导性，由此可能开发出高温超导材料。 碳纳米管纳米材料指直径在1~100纳米的材料。 碳纳米管相当于是由直径在一到几十纳米之间的一层碳原子卷曲而成的管体。 应用 碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，比如用作催化剂或其载体、纳米导线、复合材料、纤维与药物等。碳纳米管简介 C60、C70只是福勒烯家族中的一员，除此之外，还有多种形式的碳单质相继被科学家所发现， 比如：碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头”。碳纳米管可以看成用石墨层卷曲形成的管状结构，第一个碳纳米管由日本NEC公司的S.Lijima所发现。 图1 碳纳米管新型无机非金属材料
料传统无机
非金属材料新型无机
非金属材料一、传统硅酸盐材料 传统硅酸盐材料一般以黏土（主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2 ）和钠长石（主要成分为Na2O·Al2O3·6SiO2）等为原料生产。从性能方面说，传统硅酸盐材料有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点（优点）。缺点：质脆、经不起热冲击。1、陶瓷原料黏土与水的混合物陶瓷的生产过程粘土混合成型干燥烧结成品冷却性质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型用途艺术品、餐具、建筑材料、化学仪器等釉料中主要含有一些金属及其化合物，当窑内空气含量发生变化时，发生不同的氧化还原反应，产生不同颜色。主要设备主要成分SiO2、Al2O3和结晶水的混合物陶瓷窑2、玻璃：主要原料：
纯碱、石灰石、石英设备玻璃窑生产原理及条件Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形的
玻璃态物质（或者Na2O · CaO · 6SiO2）普通玻璃的成分玻璃的性质物理性质：表面光滑、致密、硬而脆，没有固定熔点；
化学性质：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀。钢化玻璃与普通玻璃成分相同，经过淬火冷却得到。含钾和铅的原料用来制造光学玻璃，加入B2O3制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，硼砂玻璃耐高温，常作化学仪器；加入一些金属的氧化物或盐可得到颜色不同的玻璃。 玻璃为什么会被人工吹制成各种形状？ 普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物质，主要成分是SiO2。玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成任何形状的制品。思考与交流玻璃的种类和用途3、水泥生产水泥的原料为石灰石、黏土，在磨机中粉磨成生料，然后在窑内煅烧得到熟料（主要成分CaSiO3），再配以适量的生石膏及其它混合材料制得水泥。生产过程原料研磨
混合 煅烧
(回转窑)成品加入石膏生产过程及条件：两磨加一烧、高温主要设备水泥回转窑硅酸三钙 3CaO ? SiO2
硅酸二钙 2CaO ? SiO2
铝酸三钙 3CaO ? Al2O3水硬性建筑材料其它水泥砂浆、混凝土普通水泥的成分水泥的性能用途1、熔融烧碱应选用的仪器是： （ ）
A、石英坩埚 B、普通玻璃坩埚
C、生铁坩埚 D、陶瓷坩埚C2、下列物质不属于硅酸盐的是： （ ）
A、粘土、 B、石英、
C、Al2Si2O5(OH)4 D、Mg2SiO4 B3、石灰石是许多工业原料之一，但制取下列物质不需要石灰石的是： （ ）
A、制硅酸、 B、制水泥、
C、制玻璃、 D、制生石灰A4、与普通玻璃的成分相同的是 （ ）
A、钢化玻璃 B、有色玻璃
C、光学玻璃 D、石英玻璃A5、下列物质具有固定熔沸点的是：（ ）
A、钢化玻璃 B、漂白粉
C、消石灰 D、水玻璃C6、下列不属于硅酸盐产品的是： （ ）
A、水泥 B、砖瓦 C、 陶瓷 D、硫酸 D7、过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成
①水泥 玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品 （ ）
A. ① ④ B. ② ⑤ C. ③ D. ②B8、在水泥中加入石膏的作用是
—————————————————————
将——————-、——————————。———————按一定比例混合硬化后称为混凝土。调节水泥的硬化速度水泥砂子碎石二、新型无机非金属材料 新型无机非金属材料包括新型陶瓷、无机复合材料、无机多孔材料。 你认为新型无机非金属材料应具有哪些特点？思考与交流①能承受高温、强度大；
②具有电学特性；
③具有光学特性；
④具有生物功能。1、新型陶瓷高温结构陶瓷氧化铝陶瓷二氧化锆氮化硅陶瓷结构陶瓷 碳化硅又称金刚砂，结构与金刚石相似，硬度也可以相媲美，其化学性质稳定，可耐2000摄氏度高温。
工业上，将二氧化硅与碳在电炉中加热至1900摄氏度以上可制得碳化硅，其化学方程式为：⑴碳化硅 氮化硅熔点高，硬度大，化学性质稳定，在1200摄氏度下仍可保持室温时的强度和硬度。
氮化硅有多种制造方法，工业上多通过高纯硅与纯氮气在1300摄氏度条件下反应获得。化学方程式：⑵氮化硅 也可用化学气相沉积法，在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的氮化硅层。
化学方程式：3SiCl4 + 2N2 + 6H2 === Si3N4 + 12HCl 二氧化硅、氮化硅只与酸类中的氢氟酸作用生成SiF4(g)。 ⑶高 温 结 构 陶 瓷性能
用途耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等制造发动机
制造航天飞机的防护片分类高温非氧化物（难熔化合物）、高温氧化物⑷新型无机非金属材料的特性 能承受高温，强度高，具有电学特性，具有光学特性，具有生物功能。一些新型无机非金属材料强度高、无毒，对人体组织有较好适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼已用在医学上。2、现代信息基础材料——单晶硅 虽然地壳中硅元素含量丰富，但大多以SiO2和硅酸盐形式存在，需要通过化学方法制备高纯度的单质硅，一般步骤为先由高纯度焦炭与石英砂（SiO2）反应制得95%~99%的硅。
化学方程式：杂质为SiC 由此再生产高纯硅，如用三氯硅烷（SiHCl3）法可以综合利用电解NaCl的产物Cl2、H2，生产成本低、效率高，是生产高纯硅最主要方法，主要反应为：
化学方程式： 提纯后的三氯硅烷被高纯度H2还原，得到高纯硅。
化学方程式：3、石墨、金刚石和C60——新材料诞生新科技 金刚石、晶体硅、SiC、SiO2、Si3N4都是原子晶体。 碳的三种同素异形体的比较金刚石石墨C60 用化学气相沉积法（反应物为甲烷）制金刚石薄膜的原理为：
化学方程式： C60在锂、液氨和正丁醇溶液中可与氢气发生加成反应得到C60H18和C60H36，所以C60可能会成为新型的储氢材料，K3C60具有超导性，由此可能开发出高温超导材料。 碳纳米管纳米材料指直径在1~100纳米的材料。 碳纳米管相当于是由直径在一到几十纳米之间的一层碳原子卷曲而成的管体。 应用 碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，比如用作催化剂或其载体、纳米导线、复合材料、纤维与药物等。碳纳米管简介 C60、C70只是福勒烯家族中的一员，除此之外，还有多种形式的碳单质相继被科学家所发现， 比如：碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头”。碳纳米管可以看成用石墨层卷曲形成的管状结构，第一个碳纳米管由日本NEC公司的S.Lijima所发现。 图1 碳纳米管新型无机非金属材料