传统无机非金属材料
无机非金属材料 课件-高一化学人教版(2019)必修第二册
Si + C === SiC
1.晶体硅
用途
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源 技术领域。
利用其半导体性能可以制成计算机、 通讯设备和家用电器等的芯片，以及光伏 电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能 电池。
2. 二氧化硅
沙子
石英砂
SiO2
玛 瑙
水
晶
2. 二氧化硅
高纯硅
① SiO2 + 2C 1800 0C ~ 2000 0C Si(粗) + 2CO↑ ② Si + 3HCl 300 0C SiHCl3 + H2
③ SiHCl3 + H2 1100 0C Si + 3HCl
1.晶体硅 2、晶体硅的物理性质
带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃）、硬度大 、有脆性。
用器皿、卫生洁具等 于高强度复合材料等
制混凝土，大量用于建 筑和水利工程
(1)硅酸盐结构较为复杂，大多难溶于水，化学性质稳定(√) (2)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合(√ ) (3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(√ ) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(√ ) (5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(√) (6)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( × )
1.下列关于二氧化硅的叙述不正确的是 ( B )
①光导纤维主要成分是SiO2,故SiO2可以导电 ②能跟强碱反应, 但不能与水反应 ③SiO2的熔、沸点较低 ④既不是酸性氧化物, 又不是碱性氧化物 A.②和③ B.①③④ C.②和④ D.只有④
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
传统无机非金属材料的定义和特点
传统无机非金属材料的定义和特点
传统无机非金属材料是指不含金属元素的材料，通常主要由非金属元素的化合物构成。
其特点如下：
1. 化学性质稳定：传统无机非金属材料具有较高的化学稳定性，不易被常见的酸、碱、有机溶剂侵蚀，能够在各种环境下长期稳定使用。
2. 机械性能差：相对于金属材料，传统无机非金属材料的强度和韧性较低，通常具有脆性。
这也意味着在应力作用下容易发生断裂。
3. 热物性稳定：传统无机非金属材料具有良好的热稳定性，在高温环境下，能够保持相对稳定的化学和物理性质。
4. 电绝缘性：无机非金属材料通常是优良的电绝缘材料，对电流具有很好的绝缘性能。
5. 导热性能差：相对于金属材料，传统无机非金属材料的导热性能较差，导热系数低。
6. 可透明性：某些传统无机非金属材料，如玻璃和陶瓷，具有较好的透明性能，对可见光具有较高的透射性。
7. 多样性：传统无机非金属材料种类繁多，包括陶瓷、玻璃、石墨、硅酸盐、氮化硅、氧化铝等，可根据不同的需求选择合适的材料。
5-3 无机非金属材料
富勒烯
富勒烯是由碳原子构成的 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。
(4) 硅的应用 半导体材料 集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等
3、二氧化硅
二氧化硅可用来生产光 导纤维。光导纤维的通信容 量大，抗干扰性能好，传输 的信号不易衰减，能有效提 高通信效率。
（1）、存在:
水晶
结晶形（石英晶体） 水晶 无色透明 玛瑙 彩色环带或层状
硅石
无定形——硅藻土
玛瑙
SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结 晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。
一、 硅酸盐材料
2、传统无机非金属材料 原料 工业设备
水泥 条件
石膏的作用 混凝土
黏土和石灰石 水泥回转窑 高温煅烧 调节水泥硬化速率 水泥、沙子和碎石等与水混合
二、 新型无机非金属材料
（一）硅和二氧化硅 1、 硅元素的存在与结构
含量
存在 存在形态
地壳中 居第_二__位
__氧__化__物___ _和__硅__酸__盐___
原子结构 示意图
周期表中位置
第__三__周__期_、 第__Ⅳ__A__族_
2、单质硅化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼 （1）常温下 只和F2 、HF、强碱反应
Si + 2F2 === SiF4
Si + 4 HF === SiF4 + 2H2
Si + 2NaOH + H2O ===Na2SiO3 + 2H2
531传统无机非金属材料(分层作业)2022-2023学年高一化学(人教版2019)
5.3.1传统无机非金属材料1．下列不属于传统硅酸盐产品的是A ．玻璃B ．水泥C ．石墨烯D ．陶瓷2．石灰石是一种重要的工业原料，以下生产所用原料中，不需要．．．石灰石的是 A ．生产玻璃 B ．生产水泥 C ．生产生石灰 D ．生产陶瓷3．常见玻璃为淡绿色，因为原料中混有A ．氧化钴B ．氧化亚铜C ．三价铁离子D ．亚铁离子4．熔融苛性钠应选用的器皿是A ．陶瓷坩埚B ．石英坩埚C ．普通玻璃坩埚D ．铁坩埚5．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡——福建德化县。
德化陶瓷早在宋元时期就是“海上丝绸之路”的重要出口商品。
下列说法不正确．．．的是A ．陶瓷、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料B ．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe 2O 3C ．高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能D ．陶瓷是以粘土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成6．玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是A ．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙B ．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在C ．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。
十指不沾泥，粼粼居大厦。
”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化D ．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品7．钾长石(38KAlSi O )是一种钾的铝硅酸盐，可用于制备23Al O 、23K CO 等物质，制备流程如图所示：下列有关说法正确的是A ．上述流程中可以重复利用的物质只有23Na COB ．钾长石用氧化物的形式可表示为2232K O Al O 3SiO ⋅⋅C ．煅烧过程中Si 、K 和Al 元素转化为3CaSiO 、2KAlO 和2NaAlOD ．沉淀过程中的离子方程式为222233CO 2AlO 3H O CO 2Al(OH)--++=+↓ 8．粉上多彩高温瓷器为宋代衡山窑首创，也是我国宋元陶瓷史上的艺术瑰宝。
化学家对元代的粉上多彩高温瓷器文物进行分析发现，其中含有石英颗粒，还有一定量的莫来石(2322Al O SiO x ⋅，1<x<2)、氧化铁、氧化钙和氧化镁。
无机非金属材料
无机非金属材料（1）主讲：黄冈中学优秀化学教师汪响林一、传统硅酸盐材料1、传统硅酸盐材料简介(1）含义：在材料家族里，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。
最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料.像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它们的制品在我们日常生活中随处可见.由于这些材料的化学组成多属硅酸盐类，所以一般称为硅酸盐材料。
（2）原料:传统硅酸盐材料一般是以黏土（主要成分为）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为）和钠长石（主要成分为）等为原料生产的。
(3)结构和性质特点:这些原料中一般都含有硅氧四面体——结构单元。
由于硅氧四面体结构的特殊性，决定了挂酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。
2、陶瓷(1)原料：黏土（2)设备：窑炉（3)工序:混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。
（5)种类:土器、瓷器、炻器等.(6）彩釉：烧制前，在陶瓷制品胚体表面涂一些含金属及其化合物的釉料，在烧结过程中因窑内空气含量的变化而发生不同的氧化还原反应，即产生表面光滑、不渗水且色彩丰富的一层彩釉。
彩釉中的金属元素烧制时空气用量与彩釉颜色空气过量空气不足黄、红、褐、黑蓝、绿黄绿红紫、褐褐、黑褐黄、绿、褐蓝绿蓝、淡蓝蓝（7）特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。
3、玻璃(1）原料：纯碱、石灰石、石英砂(2）设备：玻璃熔炉（3）工序：原料粉碎→加热熔融→澄清→成型→缓冷→玻璃（4)原理:高温下，复杂的物理化学变化。
主要反应:(5）种类及特性：种类特性用途普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光化学仪器、高压水银灯、紫外灯罩等光学玻璃透光性好、有折光性和色散性眼镜、照相机、显微镜和望远用透镜等玻璃纤维耐腐蚀、耐高温、不导电、隔热、防虫蛀玻璃钢、宇航服、光导、通信材料钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、高强度、抗震裂运动器材、汽车、火车用窗玻璃等有色玻璃蓝色（含）、红色（含）、紫色(含）、绿色（含）、普通玻璃的淡绿色（含二价铁)4、水泥(1)原料:黏土、石灰石、辅助原料(2）设备：水泥回转窑（3)工序：原料研磨得生料→生料煅烧得熟料→再配以适量辅料(石膏、高炉矿渣、粉煤灰等）→研磨成细粉→水泥(4)原理:复杂的物理化学变化。
传统无机非金属材料
传统无机非金属材料传统无机非金属材料是指那些不含金属元素的材料，通常是由非金属元素或化合物组成的材料。
这些材料在工业生产和日常生活中起着重要的作用，广泛应用于建筑、电子、化工、医药等领域。
本文将对传统无机非金属材料的种类、特性和应用进行介绍。
一、种类。
1. 陶瓷材料，陶瓷是一类重要的无机非金属材料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、绝缘等特性。
陶瓷材料可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷主要用于制造陶瓷器皿、建筑材料等，功能陶瓷则主要用于制造电子元器件、陶瓷刀具等。
2. 玻璃材料，玻璃是一种非晶态固体材料，具有透明、硬度高、化学稳定性好等特点。
玻璃材料广泛应用于建筑、家具、器皿、光学仪器等领域。
3. 氧化物材料，氧化物材料是一类以氧化物为主要成分的无机非金属材料，如氧化铝、氧化硅等。
这些材料具有优良的绝缘性能、耐高温性能和化学稳定性，被广泛应用于电子、建筑、化工等领域。
二、特性。
1. 高温性能，传统无机非金属材料通常具有优良的耐高温性能，能够在高温环境下保持稳定的物理和化学性能，因此被广泛应用于高温工艺和高温设备的制造。
2. 绝缘性能，许多传统无机非金属材料具有良好的绝缘性能，能够有效阻止电流的传导，因此被广泛应用于电子、电气设备的制造和绝缘材料的生产。
3. 化学稳定性，大部分传统无机非金属材料具有良好的化学稳定性，能够在酸碱等恶劣环境下保持稳定的性能，因此被广泛应用于化工、医药等领域。
三、应用。
1. 建筑材料，陶瓷、玻璃等传统无机非金属材料被广泛应用于建筑材料的制造，如砖瓦、玻璃幕墙、陶瓷地砖等。
2. 电子领域，氧化物材料、陶瓷材料等被广泛应用于电子元器件的制造，如电容器、电阻器、陶瓷电路等。
3. 化工领域，传统无机非金属材料在化工领域具有重要应用，如氧化铝、氧化硅等被用于制造化工设备、耐腐蚀材料等。
总结。
传统无机非金属材料在工业生产和日常生活中具有重要作用，其种类繁多，特性优良，应用广泛。
随着科技的发展和工艺的进步，传统无机非金属材料的应用领域将不断扩大，为人类社会的发展做出更大的贡献。
无机非金属材料的性能分析
其他物理与化学性能
三、能带理论
晶体中，由于原子之间的相互作用，原子中 的能级将“展开”，电子也可以从一个原子移 到另一个原子上，从而不断的在晶体中运动。 电子的这种运动叫做共有化。其能量是量子化 的，每个能级只能容纳两个自旋方向相反的电 子。由于晶体中电子能级间的间隙很小，可以 把能级分布看成是准连续的，称为能带。
-
ε r称相对介电常数。
其他物理与化学性能
其他物理与化学性能
其他物理与化学性能
• 研究材料磁性的最基本的任务是确定材料的磁化 强度M与外磁场强度H和温度T的关系，在一定 温度下，定义：M＝χH • χ称为物质的磁化率，即单位外磁场强度下材 料的磁化强度。它的大小反映了物质磁化的难易 程度，是材料的一个重要的磁参数。同时，它也 是物质磁性分类的主要依据。
滞弹性：是指在弹性范围内出现的非弹性 现象。应变不仅与应力有关，而且与时间 有关。
•
弹性变形
蠕变：固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓 慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子由不平 衡到平衡的过程。当外力除去后，蠕变变形不能立即 消失。 例如：沥青、水泥混凝土、玻璃和各种金属等在持续 外力作用下，除初始弹性变形外，都会出现不同程度 的随时间延续而发展的缓慢变形（蠕变）。
材料的断裂
为何断裂强度 的理论值与实 际值差别如此 之大？
材料的断裂
材料的断裂
• 无机非金属材料缺陷，萌生出微裂纹；
• 微裂纹应力集中，微裂纹扩展。
第二章 无机非金属材料的 性能
第三节 其他物理与化学性能
介电陶瓷
锂离子电池
快离子导体
吸铁石
收音机喇叭
收音机喇叭上的吸铁石 不是铁磁体！
车窗玻璃
传统无机非金属材料
传统无机非金属材料无机非金属材料是一类在自然界中广泛存在的材料，它们具有多种不同的物理和化学性质，广泛应用于工业、建筑、电子、化工等领域。
传统无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、水泥材料和复合材料等。
这些材料在人类社会的发展进程中发挥着重要的作用，对于推动科技进步和改善人类生活水平起到了重要的作用。
陶瓷材料是一类以氧化铝、硅酸盐等为主要成分的材料，具有高温稳定性、耐腐蚀性和良好的绝缘性能。
陶瓷材料在电子、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
例如，氧化铝陶瓷被广泛应用于高温炉具、绝缘子、研磨材料等方面，而硅酸盐陶瓷则被用于制作陶瓷器皿、建筑材料等。
玻璃材料是一类以二氧化硅、氧化钠、氧化钙等为主要成分的无机非金属材料，具有透明、硬度高、化学稳定性好等特点。
玻璃材料广泛应用于建筑、家居、光学仪器等领域。
例如，建筑中的玻璃幕墙、玻璃窗等；家居中的玻璃杯、玻璃器皿等；光学仪器中的光学镜片、光学棱镜等。
水泥材料是一类以石灰石、粘土等为主要原料，经过研磨、混合、煅烧等工艺制成的无机非金属材料，具有硬化、抗压、抗拉等特点。
水泥材料广泛应用于建筑、道路、水利等领域。
例如，建筑中的水泥混凝土、水泥砖、水泥瓦等；道路中的水泥路面、水泥护坡等；水利中的水泥管道、水泥堤坝等。
复合材料是一类由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
例如，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机、汽车等轻量化领域；玻璃钢复合材料被用于制作船舶、储罐等。
总的来说，传统无机非金属材料在人类社会的发展进程中发挥着重要的作用，它们的应用领域非常广泛，对于推动科技进步和改善人类生活水平起到了重要的作用。
随着科技的不断发展，无机非金属材料的种类和性能将会不断得到改善和提升，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
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3. 下列说法正确的是（D ）
（A）SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也 不溶于任何酸 （B）SiO2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SiO2与Na2CO3反应放出CO2， 所以H2SiO3酸性比H2CO3强 （D）CO2通入水玻璃中可得原硅酸
1．在回转窑内煅烧石灰石和粘土可得块状 水泥料，再往熟料内加少量石膏的作用是
钾长石（主要成分为 K2O A12 O3 6SiO2）
和
钠长石 (主要成分为 Na2O A12 O3 6SiO2 ) 及 石英（主要成分为 SiO2）
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
一， 陶瓷
瓷器
秦始皇兵马佣
陶瓷器制造过程示意图
用途：运动器材；微波通讯器材；
水泥 硅酸三钙、硅酸二钙、 成分 铝酸三钙 ，铁铝酸钙
原料 石灰石、黏土、辅助原料
水
泥
粉磨成生料 煅烧 熟料
工 形成过程 石膏及其他混合物 粉磨成
业
细分
水泥产品
主要性质 水硬性
建筑粘合剂 水泥应用
水泥砂浆 混凝土
水泥生料煅烧成熟料的物理化学变化的过程
高温
3CaO + Al2O3 ==== 3CaOAl2O3
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑
几种特殊玻璃
(1) 石英玻璃： 膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光 用途： 光导纤维等
PbO
(2) 光学玻璃： 透光性能好、有折光和色散性(铅玻璃) 用途：眼镜片；望远镱用凹凸透镜等光学仪器
(3) 有色玻璃： 金属氧化物均匀地分散到玻璃态物 质里，使玻璃呈现特征颜色。
蓝色(Co2O3) 红色 (Cu2O) 淡绿色 (FeO)
普通玻璃：
在再高温下易软化，常用来制作窗 玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
光学玻璃
有色玻璃：
Fe2+
Co2O3 Cu2O
光学玻璃
钢化玻璃
石英玻璃
(4) 钢化玻璃：玻璃在电炉里加热软化，再 急速冷却得钢化玻璃。
耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震 裂 ，破碎时无尖锐棱角不易伤人。
高温
2CaO + SiO2==== 2CaOSiO2
高温
3CaO + SiO2 ==== 3CaOSiO2
1. 普通玻璃是（混合物 ）玻璃可在 一
定温度范围内软化，纯制净成物工艺品等。 这而是 是因混为合玻物璃不是( 溶沸点 )
一种(
）有固定 （
）．
2. 制水泥和玻璃时都需要用的原料是 （C ）
（A）黏土 （B）石英 （C）石灰石 （D）纯碱
例：在制玻璃的原料中，再加入下列物质可制得各种不
同用途的玻璃： A、Cu2O B、Co2O3 、硼砂 Na2B4O7·10H2O 制造蓝色玻璃时需加入( B )
制造红色玻璃时需加入( A )
C、PbO D
制造光学仪器玻璃时需加入( C
)
制造化学仪器玻璃时需加入( D )
６、主要种类：
红瓦（自然冷却，Fe2O3含量较多） 土器：砖瓦
青瓦(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多 炻器：水缸、)砂锅
瓷器：青瓷、中国宋代瓷窑
宋代钧瓷
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：加热熔融，澄清，成型和冷却等 工序制成
4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要 反应
一、 材料的分类
无机非金属材料 材料
传统无机非金属材料
—— 硅酸盐材料
新型无机非金属材料
—— 半导体材料、超硬 耐高温材料 、 发光材料等
金属材料 —— 金属、合金
高分子材料 —— 塑料、合成橡胶、合成纤维
自然界中的 沙石、黏土、石英、石棉、高龄石等许多矿 物的主要成分是硅酸盐或硅的氧化物；
传统硅酸盐材料以黏土（主要成分为 A12 O3 2SiO2）
(C)
A．作为填充剂增加水泥的强度 B．使水泥具有 硬化的性质
C．调节水泥的硬化速度 使用范围
D．扩大水泥的
7．制取水泥和玻璃时都需要的原料是（A ） A．石灰石 B．石英 C．水 D．纯碱
Hale Waihona Puke