1、第三节 无机非金属材料无机非金属材料含有元素含有元素硅氧等元素性能性能耐高温、抗腐蚀、硬度高特殊的光学、电学等性能应用应用日常生活应用航空航天领域信息领域新能源领域无机非金属材料为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？在硅酸盐中，在硅酸盐中，Si和和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结结合合4个个O，Si在中心，在中心，O在四面体的在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的以通过顶角的O相互连接，每个相互连接，每个O为两个四面体所共有，与为两个四面体所共有，与2个个Si相
2、相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点010102020303CONTENTS目录目录硅酸盐材料1、陶瓷原料：条件：用途：我国古代烧制的精美瓷器高压输电线路使用了陶瓷绝缘材料2、玻璃原料：设备：条件：主要反应：主要成分：用途：3、水泥原料：设备：条件：主要成分：用途：水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物010102020303CONTENTS目录目录 硅和二氧化硅 新型无机非金属材料新型无机非
3、金属材料一、硅和二氧化硅（1 1）硅元素的存在与结构）硅元素的存在与结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。处于金属与非金属的过渡位置半导体材料硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si+148 42 +642C硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式思考交流硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤岩石、沙子和土壤、约占地壳、约占地壳总量的总量的90%以上。以上。 硅是一种亲氧元素,
4、在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。硅的制备SiO2+2C = Si+2CO (粗硅) 高温Si+3HCl = SiHCl3+H2 高温SiHCl3+H2 = Si+3HCl （高纯硅） 高温若C过量： SiO2+3C = SiC + 2CO 高温碳化硅(俗名：金刚砂)工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅提纯如何制备高纯度的硅？如何制备高纯度的硅？工业上利用焦炭与工业上利用焦炭与SiOSiO2 2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？大于硅？提示：氧化性、还原性的强弱，
5、必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。硅晶片是生产芯片的基础材料 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙 成金从沙滩到用户SiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定二氧化硅（ SiO2）的晶体结构物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。结晶形（石英晶体）无定形硅藻土水晶玛瑙二氧化硅的存在二氧化硅的用途 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到
6、今都被人类广泛地应用着。光导纤维（通信）石英坩埚玻璃仪器精美瓷器拓展实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！ 1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？某同学根据氢氟酸反应，推断不正确。二氧化硅不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考交流 NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 + CaO = CaSiO3 高温与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3
7、 +H2O与HF的反应（ SiO2的特性）SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不与水反应与某些盐的反应 SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高温二、新型陶瓷新型陶瓷组成特性和功能不再限于传统的硅酸盐体系在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能实例SiC俗称金刚砂具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料阅读P23新型陶瓷三、碳纳米材料碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代是由石墨片层卷成的管状物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。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。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面阅读P23、24碳纳米材料
