1、第三节第三节 无机非金属材料无机非金属材料2019新教材必修二新教材必修二肇庆市实验中学肇庆市实验中学 胡春娇胡春娇自主学习课本自主学习课本P19，了解材料的，了解材料的类型和用途：类型和用途： 按照化学组成和特性来分：材料分成按照化学组成和特性来分：材料分成无机非无机非金属材料金属材料、金属材料金属材料、高分子材料高分子材料引入引入无机无机非金非金属材料属材料传统传统无机非金属材料无机非金属材料新型新型无机非金属材料无机非金属材料一、传统无机非金属材料一、传统无机非金属材料 硅酸盐材料硅酸盐材料三大传统硅酸盐材料：三大传统硅酸盐材料：陶瓷陶瓷、玻璃玻璃、水泥水泥玻璃水泥陶瓷1.硅酸盐硅酸盐（
2、1）定义定义：由：由 等元素组成的化合物等元素组成的化合物的总称。的总称。（2）书写书写：用盐的化学式表示，如：用盐的化学式表示，如 ；用氧；用氧化物形式表示，如化物形式表示，如 。(3)结构结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了 ，如图，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为个四面体所共有。为个四面体所共有。硅氧四面体硅氧四面体硅、氧、金属硅、氧、金属Na2SiO3Na2O SiOSiO2 2硅氧四面体硅氧四面体（4）硅酸盐材料大多具有硅酸盐材料大多具有 、 、 、 等特点等特点（4 4）硅酸盐的典型代表：）
3、硅酸盐的典型代表：NaNa2 2SiOSiO3 3：水溶液俗：水溶液俗称：称： 、泡花碱，有、泡花碱，有 ，相对稳定、，相对稳定、不能不能 、不易被腐蚀。常用来制备硅胶、不易被腐蚀。常用来制备硅胶、木材防火剂、木材防火剂、 肥皂填充剂、黏胶剂。肥皂填充剂、黏胶剂。硬度高硬度高难溶于水难溶于水耐高温耐高温耐腐蚀耐腐蚀水玻璃水玻璃粘性粘性用玻璃塞用玻璃塞2. 陶瓷陶瓷陶瓷是陶器和瓷器的总称，在我国历史悠久，在新石器时代就能烧制，在唐宋时期达到鼎盛，如著名的“唐三彩”、“钧瓷”。中国的英文名China就源于陶瓷，中国的瓷都中国的瓷都江西景德镇江西景德镇，中国的陶都中国的陶都江苏宜兴江苏宜兴。原料：黏
4、土原料：黏土成分：复杂反应原理：复杂的物理、化学变化应用：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等应用：应用：玻璃窑玻璃窑NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2玻璃原料：原料：工业设备：工业设备：纯碱、石灰石和石英砂纯碱、石灰石和石英砂主要成分：主要成分：生产建筑材料、生产建筑材料、 光学仪器、光学仪器、 各种器皿，各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等制造玻璃纤维用于高强度复合材料等反应条件：反应条件：高温熔融高温熔融反应方程式：反应方程式：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2加入元素加入
5、元素或或物质物质 玻璃玻璃特性特性 用途用途含铅原料含铅原料光学玻璃光学玻璃:透光性透光性好好,折折射率射率高高制造眼镜、照相机和光制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜学仪器的透镜硼酸盐硼酸盐耐耐化学腐蚀化学腐蚀、耐温度、耐温度急剧变化急剧变化制造可用于实验室使用制造可用于实验室使用的玻璃仪器的玻璃仪器金属氧化物金属氧化物或盐或盐彩色玻璃彩色玻璃用于用于建筑和装饰建筑和装饰特种玻璃特种玻璃 （Co2O3、CuO）水泥原料原料：工业设备工业设备：黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏水泥回转窑水泥回转窑混凝土混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合水泥、沙子和碎石等与水混合石膏的作用石膏的作用：条件条件：
6、 高温煅烧高温煅烧调节水泥硬化速率调节水泥硬化速率随堂测：随堂测：1“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(C)A玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是酸盐材料的叙述不正确的是(B)A传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料硅酸盐材料B烧结黏土制
7、陶瓷，不涉及化学反应烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应C普通水泥的主要成分是硅酸盐普通水泥的主要成分是硅酸盐D制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂砂3.3.生活中的下列物质，属于硅酸盐产品的是生活中的下列物质，属于硅酸盐产品的是（ A ） A. 陶瓷陶瓷 B. 水晶水晶 C. 玛瑙玛瑙 D. 沙子沙子一、新型无机非金属材料一、新型无机非金属材料 新型无新型无机非金机非金属材料属材料 硅硅二氧化硅二氧化硅新型陶瓷新型陶瓷碳纳米材料碳纳米材料1.硅硅硅元素位于元素周期表硅元素位于元素周期表第三周期第三周期、第第A族族。正好处于金属与非金属的过渡位置，是应用
8、最广泛的正好处于金属与非金属的过渡位置，是应用最广泛的半导体半导体材料。材料。单质硅单质硅是是灰黑色灰黑色具有具有金属光泽金属光泽的固体。的固体。硅的应用硅的应用：半导体材料、晶体管半导体材料、晶体管、集成电路集成电路、硅硅芯片芯片、硅整流器硅整流器、太阳能电池太阳能电池等等2.2.二氧化硅二氧化硅 存在形式存在形式硅藻土硅藻土石英、水晶、玛瑙、沙子石英、水晶、玛瑙、沙子结晶形：结晶形： 无定形：无定形：统称统称硅石硅石SiO2 + 4HF= SiF4 +2H2O 物理性质物理性质 化学性质化学性质: 化学性质很稳定，不活泼。化学性质很稳定，不活泼。与与HFHF反应反应用途：刻蚀玻璃用途：刻蚀
9、玻璃酸性氧化物酸性氧化物高温高温高温高温与强碱溶液反应：与强碱溶液反应：与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：水晶（水晶（ SiO2 ）玛瑙玛瑙（ SiO2 ） 石英坩埚石英坩埚（ SiO2 ） 光导纤维光导纤维（ SiO SiO2 2 ） 与碳酸盐反应与碳酸盐反应高温高温高温高温工业生产玻璃原理工业生产玻璃原理 SiO2用途：用途： 二氧化硅可用来生产光导纤维。二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。石英坩埚石英坩埚（ SiO2 ） 光导纤维光导纤维（ S
10、iO SiO2 2 ） 水晶（水晶（ SiO2 ）玛瑙玛瑙（ SiO2 ） 思考与思考与交流交流1、保存、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O3、SiO2既能与既能与HF酸反应又能和酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？反应，所以它是两性氧化物？错。因为错。因为SiO2 + 4HF= Si
11、F4 +2H2O，生成的，生成的SiF4 不属于盐。不属于盐。4、如何除去、如何除去SiO2中混有的中混有的CaO杂质？杂质？ HCl5 5、中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPUCPU芯片芯片“龙芯龙芯”1 1号。号。(1)(1)“龙芯龙芯”1 1号号( (芯片芯片) )的主要化学成分是的主要化学成分是_。(2)(2)互互联网使用的联网使用的数据数据传输材料叫传输材料叫_，主要化学成分是，主要化学成分是_。(3)(3)秦兵马俑制品的主要生产原料是秦兵马俑制品的主要生产原料是_，主要成分为，主要成分为_。硅
12、硅光导纤维光导纤维二氧化硅二氧化硅黏土黏土硅酸盐硅酸盐3.3.新型陶瓷新型陶瓷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碳化硅碳化硅陶瓷陶瓷高温抗氧化性能硬度大耐高温结构材料耐高温半导体材料一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。高温结构陶瓷高温结构陶瓷新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在在光学、热学、电学、磁学光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。等方面有很多新的特性和功能。主要有钛酸
13、盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。压电陶压电陶瓷瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、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，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。透明陶透明陶瓷瓷超导陶超导陶瓷瓷4.4.碳纳米材料碳纳米材料 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，主要包括富勒富勒烯、碳纳米管、石墨烯等烯、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。 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称富勒烯是由碳
14、原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。富勒烯碳纳米管 碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，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。比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。石墨烯 石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。传统的硅酸盐材料优、缺点传统的硅酸盐材料优
15、、缺点优点：抗腐蚀、耐高温；优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。缺点：质脆、经不起热冲击。 新型无机非金属材料特性新型无机非金属材料特性承受高温，强度高。承受高温，强度高。 具有光学特性。具有光学特性。具有电学特性。具有电学特性。 具有生物功能。具有生物功能。 随堂练习随堂练习1. 下列关于二氧化硅的叙述正确的是（下列关于二氧化硅的叙述正确的是（ ）ASiO2能与水反应生成硅酸能与水反应生成硅酸 BSiO2与与CO2的结构相同的结构相同CSiO2用于太阳能电池用于太阳能电池DSiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中试剂瓶中2. 下
16、列关于硅酸的说法正确的是（下列关于硅酸的说法正确的是（ ）A硅酸可以通过硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得和水化合反应直接制得B可用反应可用反应Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3制制取取C因为硅酸难溶于水，所以它不能与因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反溶液反D干燥剂干燥剂“硅胶硅胶”的主要成分是硅酸钠的主要成分是硅酸钠3.“5G”时代的到来，以光导纤维为基础的高速信息通道时代的到来，以光导纤维为基础的高速信息通道更加显得重要。下列物质中用于制造光导纤维的材料是更加显得重要。下列物质中用于制造光导纤维的材料是( )A.铜合金铜合金 B.陶瓷陶瓷 C.硅硅 D.
17、二氧化硅二氧化硅4.当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达擦，飞机尖端的温度可达1 000 以上，为了防止高温以上，为了防止高温将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是保护层。制作保护层的材料是( )A.塑料塑料 B.玻璃玻璃 C.新型陶瓷新型陶瓷 D.镁铝合金镁铝合金5.5.下列试剂中，能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是（下列试剂中，能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是（ ）A. 氢氟酸氢氟酸 B. 氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 C. 盐酸盐酸D. 水玻
18、璃水玻璃6. 材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。复合材料等。（1）硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、）硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐产品的是产品的是 (填写序号填写序号)光导纤维光导纤维 水泥水泥 玻璃玻璃 陶瓷陶瓷（2）玻璃是重要的建筑和装饰材料，
19、玻璃属于）玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于 (填填“纯净物纯净物”或或“混合物混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式：璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式： 。（3）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得氮反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的化硅，该反应属于化学反应基本类型中的 反应；已知氮反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为化硅中硅元素的化合价为+4价，则氮化硅的化学式为价，则氮化硅的化学式为 。
