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课件网) 第三节 无机非金属材料 第五章 内容索引 01 02 课前篇 素养初探 课堂篇 素养提升 素养目标 1.结合生产、生活中各种常见的无机非金属材料的应用,了解多种硅酸盐材料、新型无机非金属材料的性能和用途,发展科学态度与社会责任的学科核心素养。 2.掌握晶体硅的制备原理,发展变化观念的学科核心素养。 课前篇 素养初探 【自主梳理】 一、硅酸盐材料 1.无机非金属材料 (1)组成元素:含硅、氧等元素。 (2)性能:一般具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的光学、电学等性能。 (3)应用:广泛应用于航空、航天、信息和新能源等领域。 2.传统无机非金属材料(多为硅酸盐材料) (1)硅酸盐的结构与性能 ①硅酸盐的结构:在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,如下图所示。 硅氧四面体的结构示意图 ②硅酸盐材料的性质:多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 (2)三种常见硅酸盐产品 硅酸盐产品 原料 主要设备或生产条件 应用 陶瓷 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 高温烧结 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃(主要成分为Na2SiO3 、CaSiO3 和SiO2 ) 纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2) 在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 水泥 黏土、石灰石、石膏(调节水泥的硬化速率) 在水泥回转窑中煅烧 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程 【微思考】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应 试写出反应的化学方程式。 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)单质硅的性质 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间,是应用最为广泛的半导体材料。 (2)自然界中的硅元素 主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。 (3)晶体硅的制备 工业制备高纯硅的原理示意图 其中涉及的主要化学反应为: (4)硅和二氧化硅的用途 ①晶体硅:制芯片、硅太阳能电池等。 ②二氧化硅晶体:生产光导纤维等。 2.新型陶瓷 (1)碳化硅(SiC,俗称金刚砂) 硬度很大、耐高温 ①结构:碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构。 ②性质和用途 性质 用途 硬度很大 用作砂纸和砂轮的磨料 高温抗氧化 用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等 (2)几种新型陶瓷 名称 原料或成分 优良性能 用途 高温结构 陶瓷 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 耐高温、抗氧化、耐腐蚀等 可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 主要有钛酸盐和锆酸盐等 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 名称 原料或成分 优良性能 用途 透明陶瓷 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 超导陶瓷 — 在某一临界温度下电阻为零,具有超导性 可用于电力、交通、医疗等领域 3.碳纳米材料 碳纳米材料名称 组成 性能 应用或用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中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,开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代,如用C60作车轮的“纳米汽车” 碳纳米材料名称 组成 性能 应用或用途 碳纳米管 可看成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 石墨烯 是只有一个碳原子直径厚度的单层 ... ...
