高中人教版化学选修2课件：第3单元 课题1 无机非金属材料

高中人教版化学选修2课件：第3单元 课题1 无机非金属材料

无机非金属材料 第三单元 课题一 同学们，以下工业建筑及生活用品都是有那些材料构成的？ 水泥 玻璃 中国陶瓷珍品之清彩瓷 中国陶瓷珍品之清青花 唐三彩 思考与交流 通过，以上幻灯片提示，谁能说出什么是硅酸盐材料？自然界中那些物质是硅酸盐或硅的氧化物？传统硅酸盐产品以什么物质为原料生产？原料又有什么结构特殊性？ 陶瓷、水泥、玻璃等是硅酸盐材料； 沙石、黏土、石英、石棉、高龄石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物； 传统硅酸盐产品以黏土、钾长石和钠长石为原料。 结构中都含有硅氧四面体 特点：稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等 1. 陶瓷 (China) 主要原料：黏土 传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却 反应原理：复杂的物理、化学变化 主要成分：硅酸盐 主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。 一、传统硅酸盐材料 陶瓷器制造过程示意图 你能说出陶釉的成分吗？ 金属及金属氧化物，如红色 Cu 2 O 。 我国古代人民真伟大，向他们学习！ 二、玻璃 1. 原     料：纯碱、石灰石和石英 2. 主要设备：玻璃熔炉 3. 生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却 4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应 Na 2 CO 3 +SiO 2 ===Na 2 SiO 3 +CO 2 ↑ 高温 CaCO 3 +SiO 2 ===CaSiO 3 +CO 2 ↑ 高温 5. 主要成分 ： Na 2 SiO 3 • CaSiO 3 • SiO 2 　　　　　　　　 6. 主要性能：玻璃态物质，没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。 （ Na 2 O•CaO•6SiO 2 ） 普通玻璃 光学玻璃 石英玻璃 钢化玻璃 光学玻璃 钢化玻璃 2. 水泥： 主要原料：黏土和石灰石 主要设备：水泥回转窑 生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥 辅助原料：石膏 — 作用是调节水泥硬化速度 水泥回转窑 主要成分：硅酸三钙 (3CaO • SiO 2 ) 、   硅酸二钙 (2CaO • SiO 2 ) 、铝酸三钙 (3CaO • Al 2 O 3 ) 等 主要性能：水硬性 主要用途：建筑、修路。   如：水泥 砂浆、混凝土、钢筋混凝土 。 反应原理：复杂的物理、化学变化 学与问 你听说过豆腐渣工程吗，产生现象的原因很多，但都与水泥标号有关，查阅资料了解水泥标号有关问题。 定 义： 特 性： 种 类： 具有特殊结构和特殊功能（性质）的新材料。 能承受高温、强度大：氮化硅陶瓷（耐 1200 O C) 具有光学特性：光导纤维 具有电学特性： K 3 C 60 超导体 具有生物功能：如 Ca 3 (PO 4 ) 2 系陶瓷 用 途： 氮化硅陶瓷 光导纤维 医学、日常生活、交通、通讯、机械、建筑 航空、航天等 二、新型无机非金属材料 碳化硅 SiC, 俗称金刚砂。熔点高 (2450℃), 硬度大 (9.2), 是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质 , 会使之出现半导体 , 作为高温半导体 , 用于电热元件。作为高温结构陶瓷 , 日益受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境 , 现已用作火箭喷嘴 , 热电偶保护管 , 热交换器和耐磨、耐蚀的零件。 碳化硅制成的涡轮叶片 1 、 新型陶瓷 氮化硅陶瓷（ Si 3 N 4 ） 是灰白色固体，硬度为 9 ，是最硬的材料之一。它的导热性好且膨胀系数小，可经受低温高温、骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏，因此是十分理想的高温结构材料。 科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达 1300℃ ～ 1500℃ 。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场 200 米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有 500 马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力的陶瓷发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆坦克仅用了 19 秒钟就首先到达终点，而钢质发动机坦克在充分预热运转后，用了 26 秒才跑完全程。其奥秘就在于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节省 30 ％的热能，而且工作功率比钢质发动机提高 45 ％以上。另外，陶瓷发动机无需水冷系统，其密度也只有钢的一半左右，这对减小发动机自身重量也有重要意义。 交流 1 、新兴陶瓷材料具有那些优良的性能？ 2 、碳化硅结构同硅相似，分析其可能的性质。 3 、写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应方程式。 SiO 2 +3C=SiC+2CO↑ 3Si+2N 2 =Si 3 N 4 3SiCl 4 +2N 2 +6H 2 =Si 3 N 4 +12HCl 原子晶体 单晶硅 在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开 单晶硅 材料， 单晶硅 作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。 单晶硅 在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息 -- 利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了 单晶硅 ，在太阳光照到的地方，就有了能量来源。 单晶硅 在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着 单晶硅 的身影。航天器材大部分的零部件都要以 单晶硅 为基础。离开 单晶硅 ，卫星会没有能源，没有 单晶硅 ，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系， 单晶硅 作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。 单晶硅 在太阳能电池中的应用高纯的 单晶硅 是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。 由硅石粗硅高纯多晶硅（纯度在 9 个 “ 9 ” 以上 (99.9999999 ％以上 ) 单晶硅 （ 1 ） 粗硅的制备：又称工业硅，纯度在 95 ％ 99 ％的硅（反应要点　高温 1600℃1800℃ ） （ 2 ） SiHCl 3 的制备　多用粗硅与干燥氯化氢在 200℃ 以上反应： Si 十 3HCl==SiHCl 3 +H 2 （ 3 ）精馏提纯后的 SiHCl 3 用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl 3 十 H 2 ==Si 十 3HCl 2 、现代信息技术材料 ---- 单晶硅 　 SiO 2 (s) 十 2C(s) ＝ Si(s) 十 2CO(g) 阅读：科学视野 — 太阳能电池 讨论 1. 高压合成金刚石的局限性？ 2. 化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理是什么？ 3. 石墨、金刚石、 C60 新材料诞生新技术 注 意： 金刚石 石墨 C 60 之间的关系？ 碳的三种物质形态 C 60 金刚石 石墨 C 60 及其应用前景     C 60 的发现       1985 年，美国科学家克罗托（ H.W.K.kroto) 等用质谱仪 , 严格控制实验条件 , 得到以 C 60 为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯持 • 富勒（ BuckminsterFuller ）设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（ kroto) 等提出 C 60 是由 60 个碳原子构成的球形 32 面体，即由 12 个五边形和 20 个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。随后将 C 60 分子命名为布克米尼斯持 • 富勒烯（ BuckminsterFuller ）。由于 C 60 分子的结构酷似足球，所以又称为足球烯（ Footballene ）除 C 60 外，具有封闭笼状结构的还可能有 C 28 、 C 32 、 C 50 、 C 70 、 C 84 、 …… C 240 、 C 540 等，统称为 Fullerenes ，中文译名为富勒烯。     C 60 的超导性 　   1991 年，赫巴德（ Hebard ）等首先提出掺钾 C 60 具有超导性，超导起始温度为 18K ，打破了有机超导体（ Et ） 2 Cu[N （ CN ） 2 ]Cl 超导起始温度为 12.8K 的纪录。不久又制备出 Rb 3 C 60 的超导体，超导起始温度为 29K 。表 1-1 列出了已合成的各种掺杂 C 60 的超导体和超导起始温度，说明掺杂 C 60 的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了 K 3 C 60 和 Rb 3 C 60 的超导体，超导起始温度分别为 8K 和 28K 。有科学工作者预言，如果掺杂 C 240 和掺杂 C 540 ，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。 人们对 C60 的研究还在继续，希望同学们加油，将来的某一天你也会在这方面获得 巨大成功。 1. 普通玻璃是 , 玻璃可在一定温度范围内软化，制成工艺品等。这是因为玻璃不是 ，而是一种 物质，没有固定 。 混合物 混合物 纯净物 溶沸点 2. 制水泥和玻璃时都需要用的原料是（ ） （ A ）黏土 （ B ）石英 （ C ）石灰石 （ D ）纯碱 C 3. 下列说法正确的是（ ） （ A ） SiO 2 是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸 （ B ） SiO 2 是制造玻璃的主要原料之一，它在常温下与 NaOH 溶液不反应 （ C ）因高温时 SiO 2 与 Na 2 CO 3 反应放出 CO 2 ，所以 H 2 SiO 3 酸性比 H 2 CO 3 强 （ D ） CO 2 通入水玻璃中可得原硅酸 D