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《无机非金属材料》示范课教学课件【化学人教版高中(新课标)】.pptx
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1、无机非金属材料第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料一、导入新课 材料是人类赖以生存和发展的物质基础,人类使用的材料除了金属材料,还有无机非金属材料等。从组成上看,许多无机非金属材料含有硅、氧等元素,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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高,一批新型无机非金属材料相继诞生,成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。1.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的概念硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂,在自然界中广泛存在。(2)硅酸盐的结构在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,其结构如
2、图所示。每个Si结合 个O,Si在中心,O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体还可以通过顶角的 相互连接,每个 为两个四面体所共有,与个Si相结合。4OO2二、传统无机非金属材料硅酸盐材料(3)硅酸盐的特性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高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。二、传统无机非金属材料硅酸盐材料2.常见的硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料_主要原料:_辅助原料:适量的石膏设备_主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)
3、黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窑水泥回转窑二、传统无机非金属材料硅酸盐材料特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体,称为玻璃态物质,无固定熔点,在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性,与水掺和搅拌并静置后,很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程二、传统无机非金属材料硅酸盐材料(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物()(2)硅酸盐结构较为复杂,大多不溶于水,化学性质很稳定()(3)硅氧四面体中,硅原子与氧原子都是以共价键结合()(4)水泥与玻璃的共同
4、原料是石灰石,水泥与陶瓷的共同原料是黏土()(5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行()(6)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化()【判断正误】二、传统无机非金属材料硅酸盐材料1.传统的玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品,根据你的观察和使用经验,将它们的主要物理性质和化学性质填入下表。材料物理性质化学性质玻璃陶瓷硬度大、耐磨损、耐高温、较脆很稳定硬度大、耐磨损、耐高温很稳定2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。(1)硅酸钠易溶于水,其水溶液俗称,具有强、耐等特性,常用作黏合剂和防火剂。水玻璃黏结力高温【理解应用】二、传统无机非金属材料硅酸盐材料(2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H
5、2SiO3)沉淀,其离子方程式是。(3)少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中,反应的离子方程式是。2H=H2SiO3H2O=H2SiO3CO二、传统无机非金属材料硅酸盐材料【相关链接】硅酸盐的丰富性和多样性由于铝与硅在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近,3价的铝常或多或少地置换硅酸盐中4价的硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性,会伴随引入其他正离子,从而大大增加了硅酸盐品种的多样性和结构的复杂性,同时也为应用硅酸盐材料提供了更广阔的选择。硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下,风化为黏土,并且形成土壤胶体。土壤胶体粒子表面积巨大且带负电,能与NH、K等数十种生物所需的营养离子相互作用,使土壤具有保肥
6、能力。这是大自然对人类及地球生物的馈赠,我们应该爱护大地母亲。保持土壤的良好结构和化学成分,就是保证农业、牧业和林业持续发展的基础。二、传统无机非金属材料硅酸盐材料1.硅和二氧化硅(1)硅的存在与性质硅在自然界主要以和的形式存在;单质硅是应用最为广泛的半导体材料;高温下,硅能与氧气反应生成,与氯气反应生成。(2)二氧化硅的性质二氧化硅硬度大、熔点高,不溶于水;酸性氧化物:SiO22NaOH=;具有氧化性:SiO22C;特性:SiO24HF= 。硅酸盐氧化物SiO2SiCl4Na2SiO3H2OSi2COSiF42H2O三、新型无机非金属材料2.新型陶瓷(1)新型陶瓷与传统陶瓷相比,在上有很大的
7、变化,在 等方面具有很多新的特性和功能。(2)常见新型陶瓷及其用途(连线)成分光学、热学、电学、磁学三、新型无机非金属材料(3)高温结构陶瓷碳化硅(SiC)碳化硅俗称,它是由碳原子和硅原子通过连接而形成,与的结构类似,具有硬度大和优异的性能。金刚砂共价键金刚石高温抗氧化三、新型无机非金属材料3.碳纳米材料(1)富勒烯是由构成的一系列笼形分子的总称,如C50、C60、C70、C120等,其代表物是。(2)碳纳米管是由卷成的管状物,具有尺度的直径。比表面积大,具有高强度和优良的电学性能。(3)石墨烯是只有一个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。碳原子C60石墨片
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