2012结构与性能作业 材料结构与性能无机非课件
【课件】无机非金属材料++第二课时高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
特别提示：碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异 形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。
新知探究
类别 富勒烯
成分
由碳原子构成的一系列 笼形分子
性能 ——
应用 纳米汽车
碳纳米管
由石墨层卷成的管状物， 比表面积大，强度高、 复合材料、电池、
具有纳米尺度的直径 优良电化学性能
4、单晶硅的制备
新知探究
②高纯硅的制备的完整流程：资料卡片
工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度
为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。
SiO2+2C =18=0=0=~=20=0=0=℃= Si+2CO↑
300 ℃
Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑ SiHCl3+H2 1=1=0=0=℃= Si+3HCl
硅芯片
硅太阳能电池
一、新型无机非金属材料概述
新知探究
新型无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两类。
1、高纯度的含硅元素的材料：
如单晶硅(Si)、二氧化硅(SiO2)等，具有特殊的光学和 电学性能，是现代信息技术的基础材料。
2、一些含碳、氮元素的物质： 如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。
为硬而脆的灰黑色固体, 熔点（1410）高,硬度大；
有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加， 有显著的半导电性。
二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)
新知探究
(一)、硅(Si)
3、化学性质
在常温下化学性质不活泼，只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱 (NaOH)溶液反应，加热可与一些非金属单质(Cl2、O2、C)反应。
材料的结构与性能特点
材料的结构与性能特点第一章材料的结构与性能固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。
所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。
材料的相互作用组成物质的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力称为结合键。
主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
离子键形成：正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键称为离子键。
特性：离子键没有方向性，无饱和性。
NaCl晶体结构如图所示。
性能特点：离子晶体的硬度高、热膨胀系数小，但脆性大，具有很好的绝缘性。
典型的离子晶体是无色透明的。
共价键形成：元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时，原子间不产生电子的转移，以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。
这种由共用电子对产生的结合键称为共价键。
氧化硅中硅氧原子间共价键，其结构如图所示。
性能特点：共价键结合力很大，所以共价晶体的强度、硬度高、脆性大，熔点、沸点高，挥发度低。
金属键形成：由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。
如图所示。
性能特点：1)良好的导电性及导热性；2)正的电阻温度系数；3)良好的强度及塑性；4)特有的金属光泽。
分子键形成：一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华键（或分子键）。
特性：分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低，硬度也低。
但其绝缘性良好。
材料的结合键类型不同，则其性能不同。
常见结合键的特性见表1-1。
晶体材料的原子排列所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
晶体的主要特点是：①结构有序；②物理性质表现为各向异性；③有固定的熔点；④在一定条件下有规则的几何外形。
理想的晶体结构1.晶体的基本概念(1) 晶格与晶胞晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。
晶胞各棱边的尺寸称为晶格常数。
(2) 晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系(3) 原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。
材料概论材料的组成、结构与性能各...
材料概论材料的组成、结构与性能各种材料金属、高分子和无机非金属不论其形状大小如何,其宏观性能都是由其化学组成和组织结构决定的。
材料的性能与化学组成、工艺、结构的关系如下：第二章材料的组成、结构与性能2.1 材料的组成2.2 材料的结构2.3 材料的性能只有从不同的微观层次上正确地了解材料的组成和组织结构特征与性能间的关系，才能有目的、有选择地制备和使用选用材料。
化学组成工艺过程本征性能显微结构材料性能2.1 材料的组成材料通常都是由原子or分子结合而成的，也可以说是由各种物质组成的，而物质是由≥1种元素组成的。
按原子or分子的结合与结构分布状态的不同，可分成3类：第二章材料的组成、结构与性能组元、相和组织固溶体聚集体复合体2.1.2 材料的化学组成2.1.1 材料组元的结合形式固溶体、聚集体和复合体第二章材料的组成、结构与性能材料的组元:金属材料多为纯元素，如普通碳钢? Fe&C；陶瓷材料多为化合物，如Y2O3?ZrO2 ?Y2O3&ZrO2组成材料最基本、独立的物质，或称组分。
可以是纯元素or稳定化合物。
相: 具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分。
1?m图2-150%ZrO2/Al2O3复合材料的SEM照片* 相与相之间有明显的分界面，可用机械的方法将其分离开。
第二章材料的组成、结构与性能ZrO2Al2O3*各晶粒间有界面隔开，但它们是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的材料，仍属于同一相。
*在相界面上，性质的改变是突变的。
*1个相必须在物理和化学性质上都是完全均匀的，但不一定只含有1种物质。
例如：纯金属是单相材料，钢非纯金属在室温下由铁素体含碳的??Fe和渗碳体Fe3C为化合物组成；普通陶瓷：由晶相1种/几种与非晶相玻璃相组成。
*由成分、结构都不同的几种晶粒构成的材料，则它们属于几种不同的相。
材料的组织第二章材料的组成、结构与性能材料内部的微观形貌。
实际上是指由各个晶粒or各种相所形成的图案。
高中化学第二单元功能各异的无机非金属材料精品PPT多媒体课件
现象：试管内壁
[想一想]
产生光亮的银镜
银镜反应的原理是什么?如#43; +NH3 · H2O= AgOH↓+NH4+ AgOH+2 NH3· H2O= [Ag(NH3)2]+ +OH- +2H2O
(2)银镜反应：
水浴加热
2[Ag(NH3)2]+ +CH2 （OH） (CHOH)4CHO+2OH- →
教材P100
NO.1~3 NO.5
2006.11.30
2、镀膜玻璃
在玻璃表面镀上金属(如铝、
银)膜可以制得.既美观又可阻 挡红外线、紫外线的穿透。
[活动与探究]
[教材P96活动与探究]
制作镀银小试管
：在一支洁净的试管里，加入2%硝酸 银溶液2mL，振荡试管，同时加入2% 稀氨水，直到析出的沉淀恰好溶解为 止。所得澄清溶液就是银氨溶液。在 盛着银氨溶液的试管里，加入10%葡 萄糖溶液1mL，把试管放入热水浴里 加热，观察现象。
答案 B、C
2、从给的四个词中选出一个与陶瓷、玻 璃、水泥同类的一项是 A、光导纤维 B、有机玻璃 C、钢化玻璃 D、砖瓦
答案： D
3、石灰石在自然界中储量丰富，是许多 工业的重要原料，但制取下列物质不需要 石灰石的是 A、制玻璃 B、制陶瓷 C、制水泥 D、制漂白精
答案 B、C
2、从给的四个词中选出一个与陶瓷、玻 璃、水泥同类的一项是 A、光导纤维 B、有机玻璃 C、钢化玻璃 D、砖瓦
答案： D
3、石灰石在自然界中储量丰富，是许多 工业的重要原料，但制取下列物质不需要 石灰石的是 A、制玻璃 B、制陶瓷 C、制水泥 D、制漂白精
无机非金属材料PPT课件
2021/4/8
43
2021/4/8
氧化铝陶瓷
结 构 陶 瓷
二氧化锆
44
几种典型的新型无机非金属材料
高温结构陶瓷 特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、 耐磨损、不怕氧化、密度小等
(1)氧化铝陶瓷
性能 熔点高
2021/4/8
硬度大 透明、耐高温
用途 坩埚、高温炉管
刚玉球磨机
高压钠灯灯管 45
高纯氧化铝透明陶瓷管
▪ 瓷器：需要纯净的粘土做原料，
温度也更高，瓷器比陶器磁体
白净质地致密。
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主要种类：
土器：砖瓦
红瓦 (自然冷却，Fe2O3含量较多) 青瓦 (淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)
陶器： 彩陶 江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑
瓷器： 碗盘茶具
收藏珍品
景德镇陶瓷
炻器： 水缸、砂锅
2021/4/8
模具和夹具。
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（3）碳化硅陶瓷
碳化硅（SiC--金刚砂）和氮化硅一样，是
稳定的原子晶体。具有高的热传导能力、硬度
大、熔点高、比重小，有较高的强度和较好的
热稳定性，与各种酸都不起作用，其抗氧化性
能在高达1550OC时仍很优良。
用途：制造磨料、模
具、特种耐火材料制品；
用于制造电阻发热元件。
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3、陶瓷
主原料要 生产过程 反应条件 种类
黏土
①混合 ②成型 ③干燥 ④烧结 ⑤冷却
高温
2021/4/8
土器 陶器 炻器 瓷器
性能
抗氧化、 抗酸碱腐 蚀、耐高 温、绝缘 、易成型
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▪ 陶瓷是由黏土在高温下烧制而成，根据
无机非金属材料 第二课时课件 2022-2023学年高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
1985，美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特，通过激光照射石墨实验， 发现新型单质C60分子。并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘制出由20个正 六边形和12个正五边表 构成的“笼状”分子 结构，并把它命名为“富勒烯”，因分子 结构形似足球，又称为“足球烯”。
1996年三个获诺贝尔化学奖。
情境导入
看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验 的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合 物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无 机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？ 让我们走进教材一起学习无机非金属材料。
第五章 化工生产中的重要非金属元 第三节 无机非金属材料
第二课时 新型无机非金属材料
类比
H2S+CuSO4==CuS +H2SO4
由于该反应有CuS脱离体系，促进反应进行。并非弱酸制强酸
沙子
石英砂
SiO2
玛瑙
水晶
2.二氧化硅
⑴ 存在形式 结晶形：石英、水晶、玛瑙、沙子 无定形： 硅藻土
统称硅石
⑵ 物理性质 熔沸点高、硬度大、不溶于水 （3）空间构型：硅氧四面体（空间网状）
玛瑙
SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而 不是分子式，没有SiO2分子，它是原 子晶体
粗硅在高温下跟氯 气反应生成一种液体
SiO2+2C =18=0=0=~=20=0=0=℃= Si+2CO↑
物目质前，提经得蒸最馏纯提的纯元后素，是半导体材料硅S。i+3HCl ==30=0=℃= SiHCl3+H2↑
再用氢其气纯还度原已制达得到纯12个“9”，即99.9999999999%。
硅。
杂质含量不超过一千万亿分之S一iHC。l3+H2 1=1=0=0=℃= Si+3HCl
5.3无机非金属材料精品实用课件下学期高一化学人教版必修第二册
一、 硅酸盐材料 ----传统无机非金属材料
陶瓷
玻璃
水泥
【学生活动 三 】
阅读教材20页 1 陶瓷 ，结合日常接触的陶瓷器皿思考并
回答下列问题：
志器不大真 者则声心必不闳热，，志心高不者热意则必功远不。贤。 无一钱个之 人人如脚果杆胸硬无，大有志钱，之既人使骨再头有酥壮。丽的举动也称不上是伟人。
丈夫志气薄，儿女安得知?
天才是由于对事业的金热爱属感而材发展料起来的的奇，简特直可性以说能天才及。 其在高科技领域所发挥的重要作用。
得意时应善待他人，因为你失意时会需要他们。 寄言燕雀莫相唣，自有云霄万里高。 强行者有志。 壮志与毅力是事业的双翼。 寄言燕雀莫相唣，自有云霄万里高。
核心素养 无钱之人脚杆硬，有钱之人骨头酥。
含量
存在 存在形态
地壳中 居第_二__位
__氧__化__物___ _和__硅__酸__盐___
第三周期、 第ⅣA族
自然界的硅：不存在单质硅
二、 新型无机非金属材料 (2) 硅的应用 导电性介于导体和绝缘体之间 半导体材料、 计算机芯片、硅太阳能电池等
硅晶片用于生产芯片 (3) 硅的工业制取
高温 SiO2+2C === Si+2CO↑
氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷
结 构 陶 瓷
二氧化锆
【学生活动 七 】 阅读教材23、24页 新型无机非金属材料 3 碳纳米材料思考 并回答下列问题：
1.碳纳米材料主要包括哪些物质？主要用途？ 2.碳纳米管的性能？主要用途？ 3.石墨烯的性能？主要用途？
二、 新型无机非金属材料
3.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。
材料的结构组织与性能1
增强 水泥
无
无
陶瓷纤维 增强塑料
陶瓷纤维 增强橡胶
碳 素
碳纤维 增强金属
增强 陶瓷
陶瓷增 强玻璃
增强 水泥
碳纤维 强碳复 合材料
无
碳纤维 增强塑料
碳纤碳黑 增强橡胶
玻 璃
无
无
无
增强 水泥
无无Βιβλιοθήκη 玻璃纤维 增强塑料无
木材 有 机 材 料
无
无
无
水泥 木丝板 增强 水泥
无
无
纤维板 高聚物 纤维增强 塑料
无 高聚物 纤维增强 橡胶
图6.2
珠光体电化学腐蚀示意图
金属的氧化
金属材料在干燥气体介质中也能通过化学反应而被氧化。金属的氧 化，特别是高温下的氧化，是工程设计（如火箭发动机、高温石油化工 设备设计等）中必须重视的一个问题。 如果金属在氧化过程中形成的氧化膜具备下列条件，则这层金属氧 化膜将成为保护膜而阻止金属进一步氧化，从而提高金属的抗氧化能力。
材料的性能
材料具有各种不同的性能，如为了满足各类工程结构 和机械装置的服役条件，人们不断对工程材料的性能提出 新的要求。 使用性能：指材料在特定服役条件下保证能 安全地 工作所必需的性能，包括物理性能、化学性能、力学 金 性能三种，其中力学性能是金属材料最基本最常用的 属 性能 材 料 的 工艺性能：工艺性能是指材料在各种加工和处理 性 中所应具备的性能，如铸造性能、锻造性能、切削 能
例：
•航空机械——要求有低的密度，
•精密铸造金属及合金——要求有低的膨胀系数； •熔断器用保险丝——要求有低的熔点； •电热器用金属丝——要求有高的电阻； •导线——要求良好的导电性能；
•电机和变压器的铁芯材料——要求磁通大，磁损小
《材料的组织结构》课件
材料的微观结构决定了它们的宏观性能，了解结构与性能之间的关系对于设计新材料至 关重要。
2 结构调控的方法
通过调控材料的组织结构，可以改变材料的性能，实现特定的应用要求。
总结与展望
通过本课件的学习，我们深入了解了材料的组织结构及其与性能的关系。期待未来新的发现和应用！
通过控制材料的制备过程，可以制备出具有非晶体结构的材料。
材料的晶格缺陷
1 点缺陷
点缺陷是晶体中原子位置 的偏差，可以对材料的性 能产生重要影响。
2 线缺陷
线缺陷是晶体中沿着一维 方向有序排列的缺陷，如 位错。
3 面缺陷
面缺陷是晶体中二维面上 的缺陷，如晶粒边界和堆 垛层错。
材料的微观结构与性能关系
材料的晶体结构
1 晶体的定义和特点
晶体是有序排列的原子或分子的集合体，具有规则的几何形态和周期性结构。
2 晶体的结晶形态
晶体可以根据它们的结晶形态进行分类，不同的结晶形态决定了材料的特殊性质。
材料的非序排列的原子或分子的集合体，它们缺乏长程的周期性结构。
2 非晶体的制备方法
《材料的组织结构》PPT 课件
本课件将介绍材料的组织结构，包括基本组成、晶体结构、非晶体结构、晶 格缺陷、以及微观结构与性能关系。让我们深入探索材料的奥秘！
引言
1 材料的基本组成
材料由元素和化合物构成，了解基本组成对 于研究材料的特性至关重要。
2 原子结构和分子结构
材料的组成由原子和分子构成，它们的结构 对材料的性质和行为有着重要的影响。
材料结构与性能之四大材料
编织或非编织物
（3）基体—聚合物、金属、碳、陶瓷或混合物
三明治式外，一般为三维连续式
4.4.2 性能特点 （1）碳纤维： 轻质、高强、高模的纤维状材料 优异的高比强度、高比模量 随意裁切长度、多维编织， 导电、导热，耐腐蚀，热膨胀率小等
如何避免自
动加速效应？
聚合反应场的大小
悬浮聚合的反应场是毫米级的 本体和溶液聚合的反应场不论大小 乳液聚合的反应场是微米级的 最近世界上正在研究纳米级的反应场
纳米材料具有大的比表面，随着电子 的暴露已显示出量子效应
4、复合材料
4.1定义：复合材料是指那些含有多个组分，且不同的组
分有机地结合在一起、具有新的材料性能的新材料
氧化铝陶瓷制品
高压钠灯
②氮化硅陶瓷： 具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化 能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、 机械密封环、永久性模具、发动机部件等
③碳化硼陶瓷： 具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用 于工农业生产、原子能工业、宇航工业等
氮化硅陶瓷制品
碳化硼陶瓷制品
（2）高温结构陶瓷的优缺点及发展方向
实例
无铅防 护服
⑶纤维
涤纶、尼龙、氯纶、维尼龙等
⑷涂料
主要用在：将庭装修、建筑、宇航等方面
应用于美国B-2隐身轰炸 机的特殊配方的涂料， 可降低轰炸机的雷达反 射信号
3.2 从学科角度看高分子材料的分类 ⑴从聚合机理分
自由基聚合 阴离子聚合 阳离子聚合 配位聚合（d轨道的配位元素） 缩合聚合（比如：涤纶）
实例 PVA薄膜生产方法简介 熔融挤出吹膜 投资小、产量大、成本低且性能优良