理学1碳族元素复习.ppt

碳族元素复习碳族元素复习一.碳族元素在元素周期表中的位置4 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 72 2 2 23 3 3 31 1 1 1C CSiSiGeGeSnSnPbPbⅣA碳碳碳碳硅硅硅硅锗锗锗锗锡锡锡锡铅铅铅铅思考:碳族元素在原子结构上的共同点和不同点？碳族元素在原子结构上的共同点和不同点？C SiGe Sn Pb相似性相似性 递变性递变性1、最外层都有4个电子，化合价主要有+4和+2，易形成共价化合物稳定化合价+4价，铅+2价2、气态氢化物的通式：RH43、最高价氧化物通式RO2，对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4原子结构单质物性单质化性核电荷数增大电子层增多原子半径增大熔沸点降低单质密度增大非金属性减弱、金属性增强最高价氧化物对应水化物的酸性减弱氢化物的稳定性减弱1、在所有非金属气态氢化物、在所有非金属气态氢化物中，甲烷分子中氢元素的质量中，甲烷分子中氢元素的质量分数最大分数最大2、有机物中按氢为＋、有机物中按氢为＋1、氧为、氧为－－2价来计算碳的化合价价来计算碳的化合价注意注意: :元素元素符号符号单质的物理性质单质的物理性质颜色、状态颜色、状态密度密度熔点熔点沸点沸点g g· ·cmcm-3-3O OC CO OC CC CSiSiGeGeSnSnPbPb金刚石：无色固体金刚石：无色固体石墨石墨:灰黑色固体灰黑色固体晶体硅晶体硅:灰黑色固体灰黑色固体银灰色固体银灰色固体银白色固体银白色固体蓝白色固体蓝白色固体3.513.512.252.252.322.325.355.357.287.2811.3411.34355035503652365214101410937.4937.4231.9231.9327.5327.5482748274827482723552355283028302260226017401740碳族元素碳族元素单质的物理性质单质的物理性质1.1.单质物理性质单质物理性质金刚石金刚石石墨石墨富勒烯富勒烯颜色颜色无色透明无色透明( (晶体晶体) )铁黑色至铁黑色至深钢灰色深钢灰色( (光泽光泽) )熔沸点熔沸点很高很高很高很高低低溶解度溶解度一般不溶解一般不溶解难溶难溶有机溶剂有机溶剂硬度硬度最大最大质软质软小小导电性导电性不导电不导电导电导电不导电不导电碳的单质金刚石金刚石石墨石墨无定形碳无定形碳C60等等同素异形体同素异形体二、碳单质及其化合物二、碳单质及其化合物2.2.碳单质化学性质碳单质化学性质(1)还原性原性(反反应条件均条件均为加加热或高温）或高温）2C+O2=2COC+O2=CO2C+2S=CS2C+2CuO=2Cu+CO2C+CuO=Cu+CO3C+2Fe2O3=4Fe+3CO2C+H2O=H2+CO该反反应也是工也是工业合成氨的基合成氨的基础3C+CaO=CaC2+CO2C+SiO2=Si+2CO3C+SiO2=SiC+2COC+4HNO3=CO2↑+4NO2↑+2H2OC+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O(2)(2)氧化性氧化性C+2HC+2H2 2=CH=CH4 4( (困难困难) )3.3.氧化物氧化物(CO(CO CO2)CO2)(1)(1)氧化物性质氧化物性质COCOCOCO2 2颜色状态气味颜色状态气味 无色无味气体无色无味气体 无色无味气体无色无味气体溶解度溶解度不溶于水不溶于水1:11:1毒性毒性剧毒剧毒无毒无毒COCOCOCO2 2( (还原性还原性) )CO+CuOCO+CuO=Cu+CO=Cu+CO2 2CO+HCO+H2 2O=HO=H2 2+CO+CO2 23CO+Fe3CO+Fe2 2O O3 3=2Fe+3CO=2Fe+3CO2 2( (氧化性氧化性) )COCO2 2+2Mg=2MgO+C+2Mg=2MgO+C不成盐氧化物不成盐氧化物酸性氧化物的通性酸性氧化物的通性COCO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3COCO2 2+CaO=CaCO+CaO=CaCO3 3COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O(2)(2)制取制取COCOCOCOCOCOCOCO2 2 2 2原理原理原理原理HCOOHHCOOHHCOOHHCOOH→H→H→H→H2 2 2 2O+COO+COO+COO+COCaCOCaCOCaCOCaCO3 3 3 3+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl2 2 2 2+H+H+H+H2 2 2 2O+COO+COO+COO+CO2 2 2 2药品药品药品药品甲酸、浓硫酸甲酸、浓硫酸甲酸、浓硫酸甲酸、浓硫酸大理石、稀盐酸大理石、稀盐酸大理石、稀盐酸大理石、稀盐酸( ( ( (稀硝酸稀硝酸稀硝酸稀硝酸) ) ) )装置装置装置装置液液加热液液加热液液加热液液加热启普发生器启普发生器启普发生器启普发生器除杂除杂除杂除杂碱石灰碱石灰碱石灰碱石灰饱和小苏打液、浓硫酸饱和小苏打液、浓硫酸饱和小苏打液、浓硫酸饱和小苏打液、浓硫酸收集收集收集收集排水法排水法排水法排水法向上排空气法向上排空气法向上排空气法向上排空气法检验检验检验检验燃烧的木条燃烧的木条燃烧的木条燃烧的木条( ( ( (澄清石灰水澄清石灰水澄清石灰水澄清石灰水) ) ) )尾气尾气尾气尾气点燃点燃点燃点燃排空或者碱吸收排空或者碱吸收排空或者碱吸收排空或者碱吸收【【讨论讨论】】工业上如何制取工业上如何制取COCO和和COCO2 2？？煅烧石灰石煅烧石灰石焦炭通过高温水蒸气焦炭通过高温水蒸气4.碳酸和碳酸碳酸和碳酸盐(1)碳酸是一种二元弱酸，酸性碳酸是一种二元弱酸，酸性较弱，但能弱，但能使紫色石蕊使紫色石蕊试液液变红，具，具备酸的通性。

酸的通性2)碳酸碳酸盐酸式酸式盐：：NaHCO3Ca(HCO3)2正正盐：：￿ ￿Na2CO3CaCO3（（1）常）常见的不的不稳定酸有：定酸有：H2CO3、、H2SO3、、HClO、、HNO3、、H2SiO3，其中，其中H2CO3极不极不稳定，光照也定，光照也能加快能加快HClO、、HNO3的分解，的分解，H2SiO3受受热时才分才分解2）常）常见的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有：的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有：HClO、、H2SiO3、、￿￿￿￿￿￿￿￿-￿￿￿￿、、￿￿￿￿Al（（OH））3常常见的反的反应有：有： CO2+H2O+Ca（（ClO)2====CaCO3↓+2HClO CO2+ H2O + Na2SiO3====Na2CO3+2H2 SiO3↓ CO2+ H2O + → + NaHCO3 CO2+2NaAlO2+3 H2O====2Al（（OH））3↓+ Na2CO3OHONaOH5.5.碳酸盐的热稳定性规律碳酸盐的热稳定性规律 ① ①NaNa2 2COCO3 3、、K K2 2COCO3 3的热稳定性极强，在高温熔化下也难分解的热稳定性极强，在高温熔化下也难分解。

② ②CaCOCaCO3 3、、BaCOBaCO3 3 、、MgCOMgCO3 3、、CuCOCuCO3 3等热稳定性很强，但在高温下能等热稳定性很强，但在高温下能分解，生成金属氧化物和二氧化碳分解，生成金属氧化物和二氧化碳 ③ ③NaHCONaHCO3 3、、KHCOKHCO3 3的热稳定性较差，在固态时加热易分解：的热稳定性较差，在固态时加热易分解： 2NaHCO 2NaHCO3 3 Na Na2 2COCO3 3+ CO+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O 2KHCO 2KHCO3 3 K K2 2COCO3 3+ CO+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O ④NH ④NH4 4 HCO HCO3 3、（、（NHNH4 4 ））2 2COCO3 3不稳定，在常温、常压下就开始分解，不稳定，在常温、常压下就开始分解，加热后分解更快：加热后分解更快： NH NH4 4 HCO HCO3 3 NH NH3 3↑+ CO↑+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O （（NHNH4 4 ））2 2COCO3 3 2NH 2NH3 3↑+ CO↑+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O ⑤Ca ⑤Ca（（ HCOHCO3 3））2 2、、MgMg（（ HCOHCO3 3））2 2的热稳定性也很差，在水溶液中受的热稳定性也很差，在水溶液中受热易分解：热易分解： Ca Ca（（ HCOHCO3 3））2 2 CaCO CaCO3 3↓+ CO↓+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O Mg Mg（（ HCOHCO3 3））2 2 MgCO MgCO3 3↓+ CO↓+ CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O（（MgCOMgCO3 3微溶于水）微溶于水） △△△△△△￿￿￿￿￿￿练:纯净的的Ca（（HCO3））2试样在高温下分在高温下分解，当剩余的固体解，当剩余的固体质量量为原原试样质量一半量一半时，，Ca（（HCO3））2的分解率是（的分解率是（￿￿￿￿￿￿￿￿））￿ ￿￿￿￿￿￿￿A、、50% B、、75% C、、92.7% D、、100%D碳及其化合物的相互转化关系碳及其化合物的相互转化关系CCOCO2H2CO3CaCO3Ca（（HCO3））2O2、、H2O  FeO  Fe2O3、、CuO、、CaO、、SiO2、、O2、、H2O  FeO  Fe2O3、、CuO、、 CH2OHClHNO3HAcCaOCaOH））2Ca（（ClO））2CO2Ca（（OH））2HClCaCO3浓浓H2SO4、浓、浓HNO3、、O2、、CuO、、Fe2O3MgNa2CO3Na2O21 1、硅的结构特点、硅的结构特点：硅原子最外层有硅原子最外层有4 4个电子，个电子，既不容易失电子，也不容易得电子既不容易失电子，也不容易得电子可得可得4 4个电子，显氧化性；个电子，显氧化性；可失可失4 4个电子，显还原性；个电子，显还原性；三、硅单质及其化合物三、硅单质及其化合物2、硅的晶体结构分析、硅的晶体结构分析每个硅原子通过每个硅原子通过4个共用电子对与周围个共用电子对与周围4个硅原子个硅原子连接，成连接，成正四面体结构正四面体结构，向空间延伸，形成，向空间延伸，形成空间空间网状网状结构是非金属单质原子晶体结构是非金属单质原子晶体 2、性、性质：：￿ ￿灰黑色晶体或无定形，化学性灰黑色晶体或无定形，化学性质以以还原性原性为主主￿ ￿常温下，化学性常温下，化学性质稳定只与碱、氟化定只与碱、氟化氢、氟气、氟气反反应，，不与硫酸、不与硫酸、盐酸、硝酸等反酸、硝酸等反应Si+2F2=SiF4Si+2FeO=2Fe+SiO2 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2高温下高温下，，较活泼较活泼Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2 显还原性原性Si+C=SiC（金（金刚砂砂)Si+2Mg=Mg2Si(离子化合物离子化合物)Si+2H2=SiH4 显氧化性氧化性(3)制取制取和提和提纯(工工业)SiO2+2C=Si+2CO(电炉炉)Si+2Cl2=SiCl4(高温高温)SiCl4+2H2=Si+4HCl(高温高温)(4)用途用途重要的半重要的半导体材料体材料【【讨论】】有哪些元素可以作半有哪些元素可以作半导体材料？体材料？镓铟铊;硅硅锗;砷砷锑铋;硒碲硒碲3、存在、存在在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。

硅酸盐等，在地壳中含量居第二位4、用途、用途集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等研究计算机的地方称为硅谷研究计算机的地方称为硅谷集成电路 晶体管硅橡胶化学性质化学性质 碳碳 硅硅 还还原原性性与单质与单质反应反应 C+OC+O2 2 CO CO2 22C+O2C+O2 2 2CO 2COC+2S CSC+2S CS2 2Si+OSi+O2 2 SiO SiO2 2Si+2FSi+2F2 2 ==SiF==SiF4 4Si+2ClSi+2Cl2 2 SiCl SiCl4 4 与氧化与氧化物反应物反应 C+2CuO CO2↑+2CuC+2CuO CO2↑+2Cu3C+Fe3C+Fe2 2O O3 3 3CO↑+2Fe 3CO↑+2Fe2C+ SiO2C+ SiO2 2 2CO↑+Si 2CO↑+Si3C+ SiO3C+ SiO2 2 2CO↑+SiC 2CO↑+SiC —— 与氧化性酸与氧化性酸反应反应 C+4HNOC+4HNO3 3 CO2↑+4NO2↑+2H2OC+4HC+4H2 2SOSO4 4（浓）（浓） COCO2 2↑+2SO↑+2SO2 2↑+2H↑+2H2 2O O 不与不与4HNO4HNO3 3、、H H2 2SOSO4 4等反应，但有：等反应，但有：Si+4HF ==== SiFSi+4HF ==== SiF4 4↑+2H↑+2H2 2↑↑ 与水或碱与水或碱溶液反应溶液反应 C+HC+H2 2O O（气）（气） CO↑+ HCO↑+ H2 2O O Si+2NaOH+ HSi+2NaOH+ H2 2O O =Na=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2↑↑ 与与CaOCaO反应反应 3C+CaO3C+CaO CaCCaC2 2+CO↑+CO↑ —— 高温高温高温高温高温高温高温高温高温高温△△△5.5.二氧化硅二氧化硅1、存在、存在硅石硅石,玛瑙瑙,水晶水晶,石英石英分分为:晶体晶体(石英和水晶石英和水晶)和和无定形无定形(硅藻土硅藻土)2 2、二氧化硅的物理性质、二氧化硅的物理性质晶体硬度大晶体硬度大, ,熔点高熔点高, ,难溶于水难溶于水6 6、二氧化硅的性质：、二氧化硅的性质：不活泼不活泼酸酐酸酐的特性：的特性：①①与与碱性氧化物碱性氧化物反应反应SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3②②与与强碱强碱反应：反应：SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O③③与与盐盐反应：反应：SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2④④不与水反应不与水反应 SiOSiO2 2+H+H2 2O O≠≠H H2 2SiOSiO3 3⑤⑤只与只与氢氟酸氢氟酸（一种酸）（一种酸）反应反应SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4↑↑+2H+2H2 2O O(2)(2)(2)(2)氧化性氧化性氧化性氧化性SiOSiOSiOSiO2 2 2 2+3C=SiC+2CO+3C=SiC+2CO+3C=SiC+2CO+3C=SiC+2COSiOSiOSiOSiO2 2 2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO+2C=Si+2COn n硅酸与原硅酸硅酸与原硅酸结构构￿ ￿7.硅酸硅酸性性质：：硅酸和原硅酸都是不溶于水的白色固体硅酸和原硅酸都是不溶于水的白色固体原硅酸在干燥的空气中可失水成硅酸原硅酸在干燥的空气中可失水成硅酸H4SiO4=H2SiO3+H2O而硅酸加而硅酸加热也可以失水成二氧化硅。

也可以失水成二氧化硅H2SiO3=SiO2+H2O￿￿￿￿用途：硅胶用途：硅胶硅酸盐改写成氧化物的拆分原则硅酸盐改写成氧化物的拆分原则要要领：：两两边原子个数守恒原子个数守恒，，格式：金属氧化物、二氧化硅、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水顺序：金属按活序：金属按活动顺序表活序表活泼在前在前实例实例8.8.硅酸盐硅酸盐的表示方法硅酸盐硅酸盐的表示方法重要的硅酸重要的硅酸盐—Na2SiO3硅酸硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃因因为水解而成碱性，是一种建筑粘合水解而成碱性，是一种建筑粘合剂9.9.硅酸根离子检验硅酸根离子检验￿ ￿SiO32-原理：原理：SiO32-+2H+ === H2 SiO3↓或或 SiO32-+2H++ H2O === H4SiO4↓H2 SiO3 、、H4SiO4是白色固体，不溶于水和酸是白色固体，不溶于水和酸方法：向待方法：向待检溶液中加入溶液中加入过量的稀硝酸，若生成量的稀硝酸，若生成白色沉淀，白色沉淀，则待待检溶液中有溶液中有SiO32-注意：若用注意：若用盐酸代替硝酸，酸代替硝酸，则有有Ag+等干等干扰；若；若用稀硫酸代替硝酸，用稀硫酸代替硝酸，则有有Ba2+等干等干扰。

硅及其化合物的特殊性1、硅的还原性比碳强，而碳在高温下、硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅能从二氧化硅中还原出硅2、非金属单质只有硅能与强碱溶液、非金属单质只有硅能与强碱溶液反应生成氢气反应生成氢气3、非金属单质一般不与非氧化性酸、非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成且有氢气生成5、无机酸一般易溶于水，而硅酸、无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水和原硅酸却难溶于水4、酸性氧化物一般不与酸发生复、酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应氟酸反应练习练习:将二氧化碳通入下列物质的溶将二氧化碳通入下列物质的溶液中，不与其反应的是液中，不与其反应的是①①  Na2CO3      ②②  Na2SiO3    ③③  NaAlO2    ④④  C6H5ONa    ⑤⑤  Ca(ClO)2  ⑥⑥  CaCl2     ⑦⑦  CaCO3A．．①③④⑤⑥①③④⑤⑥             B．．①①和和⑥⑥C．只有．只有①①                     D．． 只有只有⑥⑥ 以以含含硅硅物物质质为为原原料料，，在在高高温温下下经经复复杂杂的的物物理理化化学学变变化化制制得得硅硅酸酸盐盐产产品品的的工工业业称称为为硅硅酸酸盐盐工工业业。

如如制制造造水水泥泥、、玻玻璃璃、、陶陶瓷瓷等等产产品品的的工工业业都属硅酸盐工业都属硅酸盐工业硅酸盐工业的特点硅酸盐工业的特点：：(1)(1)原料：含硅的物质、碳酸盐等原料：含硅的物质、碳酸盐等2 2）反应条件：高温反应条件：高温3)(3)反应原理：复杂的物理、化学变化反应原理：复杂的物理、化学变化4)(4)生成物：硅酸盐生成物：硅酸盐硅酸盐工业硅酸盐工业二、玻璃二、玻璃一、水泥一、水泥三、陶瓷三、陶瓷硅硅酸酸盐盐工工业业一、水泥：一、水泥：1 1、主要原料：粘土和石灰石、主要原料：粘土和石灰石 2 2、主要设备：水泥回转窑、主要设备：水泥回转窑 3 3、生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石、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膏研成粉末得普通硅酸盐水泥                 辅助原料：石膏辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬化速度作用是调节水泥硬化速度4 4、反应原理：复杂的物理、化学变化、反应原理：复杂的物理、化学变化 5 5、主要成分：硅酸三钙、主要成分：硅酸三钙(3CaO(3CaO•SiOSiO2 2) )、、    硅酸二钙硅酸二钙(2CaO(2CaO•SiOSiO2 2) )、铝酸三钙、铝酸三钙(3CaO(3CaO•AlAl2 2O O3 3) )等等 6 6、主要性能：水硬性、主要性能：水硬性 7 7、主要用途：建筑、修路。

主要用途：建筑、修路        如：水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土如：水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土 水泥回转窑水泥回转窑2 2自动化自动化水泥的标号水泥的标号3、水泥工、水泥工业流程流程见下：下：二、玻璃1 1、原、原    料：纯碱、石灰石和石英料：纯碱、石灰石和石英 2、主要设备：玻璃熔炉主要设备：玻璃熔炉 3、生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却、生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑  CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑ 5、主要成分：、主要成分：Na2SiO3、、CaSiO3、、SiO2      　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（（Na2O•Ca2O•6SiO2）） 6、主要性能：玻璃态物质，没有固定的熔点，在一、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定温度范围内逐渐软化 4、反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应、反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应高温高温高温高温6 6、几种特殊玻璃、几种特殊玻璃⑴⑴石英玻璃：石英玻璃：膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光  用途：用途：化学仪器化学仪器；；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；　　　　光导纤维、压电晶体等。

光导纤维、压电晶体等 ⑵⑵光学玻璃：光学玻璃：透光性能好、有折光和色散性透光性能好、有折光和色散性( (铅玻璃铅玻璃) ) 用途：眼镜片；望远镱用凹凸透镜等光学仪器用途：眼镜片；望远镱用凹凸透镜等光学仪器 ⑶⑶有色玻璃：有色玻璃： 金属氧化物均匀地分散到玻璃态物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质里，使玻璃呈现特征颜色　　蓝色　　蓝色(Co(Co2 2O O3 3) )　红色　红色 (Cu(Cu2 2O) O) 淡绿色淡绿色 ( (FeOFeO) )⑷⑷钢化玻璃：钢化玻璃： 玻璃在电炉里加热软化，再急速冷　　　　玻璃在电炉里加热软化，再急速冷　　　　却得钢化玻璃却得钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂 ，破碎，破碎时无尖锐棱角不易伤人时无尖锐棱角不易伤人用途：运动器材；微波通讯器材；用途：运动器材；微波通讯器材； 玻璃纤维玻璃纤维        玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤维，玻璃玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤维，玻璃纤维用合成树脂一层层胶合压制成一定形状，并在纤维用合成树脂一层层胶合压制成一定形状，并在加压下加热固化，形成玻璃钢，强度大如钢，比钢加压下加热固化，形成玻璃钢，强度大如钢，比钢轻。

玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、轻玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀等隔热、吸声、防虫蛀等注意：注意：有机玻璃、水玻璃都不是玻璃有机玻璃、水玻璃都不是玻璃玻璃钢玻璃钢⑸⑸与与车窗玻璃车窗玻璃三、陶瓷三、陶瓷(China)(China) 陶瓷在我国有悠久的历史，堪称陶瓷在我国有悠久的历史，堪称中国的国粹在新石器时代我们的祖中国的国粹在新石器时代我们的祖先就已经能制造陶瓷在历史的长河先就已经能制造陶瓷在历史的长河中陶瓷曾经历过两个鼎盛时期：唐朝中陶瓷曾经历过两个鼎盛时期：唐朝（（“唐三彩唐三彩”）和宋朝（）和宋朝（“钧瓷钧瓷”））宋官窑宋官窑定窑定窑汝窑汝窑钧窑钧窑哥窑哥窑五五大大名名窑窑返回返回返回返回陶瓷生产陶瓷生产1 1、主要原料：粘土、主要原料：粘土 2 2、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却 3 3、反应原理：复杂的物理、化学变化、反应原理：复杂的物理、化学变化 4 4、主要成分：硅酸盐、主要成分：硅酸盐 5 5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。

易成型等优点 　　现在，景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了，考　　现在，景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了，考虑到环境保护、降低制作成本和提高成功率等方面因虑到环境保护、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不论是仿古陶瓷、艺术瓷类，还是日用陶瓷的瓷素，不论是仿古陶瓷、艺术瓷类，还是日用陶瓷的瓷器都在电脑的控制下用汽窑烧制而成器都在电脑的控制下用汽窑烧制而成６、主要种类：６、主要种类：土器：砖瓦土器：砖瓦红瓦（自然冷却，红瓦（自然冷却，FeFe2 2O O3 3含量较多）含量较多）青瓦青瓦 ( (淋水冷却，淋水冷却，FeFe3 3O O4 4、、FeOFeO较多较多) )炻器：炻器： 水缸、砂锅水缸、砂锅陶器：陶器： 江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：（图）瓷器：（图）陶瓷工业陶瓷工业唐三彩唐三彩宋代钧瓷宋代钧瓷 新型无机非金属材料新型无机非金属材料一、什么是无机非金属材料一、什么是无机非金属材料1 1、材料、材料         材料是人类赖以生存和发展的物质基础，包材料是人类赖以生存和发展的物质基础，包括为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物括为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质。

并不是所有的物质都可以称为材料质并不是所有的物质都可以称为材料       石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化没研制成功，都引起人类文化和生活的新变化没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩生活也不可能像今天这样丰富多彩(1)(1)按化学组成和特性分按化学组成和特性分无机非金属材料无机非金属材料 传统传统无机非金属材料无机非金属材料 新型新型无机非金属材料无机非金属材料 金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维2 2、材料的几种分类方法、材料的几种分类方法(2)(2)按用途分按用途分结构材料：结构材料：利用材料的力学和理、化性质，利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门交通运输等各个工业部门功能材料：功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。

和生物工程等许多高新技术领域3 3、生活中的无机非金属材料、生活中的无机非金属材料⑴⑴玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷⑸⑸金刚石钻头金刚石钻头⑶⑶手表上的手表上的“1919钻钻”( (人造红宝石轴承的数目人造红宝石轴承的数目) )⑷⑷玻璃刀（金刚砂）玻璃刀（金刚砂）⑵⑵石英钟表石英钟表⑺⑺煤气炉中的电子打火煤气炉中的电子打火⑹⑹彩电（荧光材料）彩电（荧光材料）⑻⑻海底电缆（光导纤维）海底电缆（光导纤维）⑼⑼电脑的电脑的CPUCPU（单晶硅）（单晶硅）⑽⑽隐形飞机（特殊光学材料）隐形飞机（特殊光学材料）( (压电陶瓷压电陶瓷) ) 一般无机非金属材料具有耐高温、高硬度一般无机非金属材料具有耐高温、高硬度和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉强度低、韧性差强度低、韧性差 现代科学技术的发展，要求材料具有强度现代科学技术的发展，要求材料具有强度高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这大大促进了无机非金属材料的发展，使无机非大大促进了无机非金属材料的发展，使无机非金属材料领域除使用传统的硅酸盐材料外，出金属材料领域除使用传统的硅酸盐材料外，出现了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等现了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建筑、冶金、机械及尖端科技领域。

筑、冶金、机械及尖端科技领域 4 4、新型无机非金属材料的特征、新型无机非金属材料的特征（（1 1）耐高温、强度高）耐高温、强度高 （（2 2）具有电学性质）具有电学性质 （（3 3）具有光学性质）具有光学性质 （（4 4）具有生物功能）具有生物功能 二、几种典型的新型无机非金属材料二、几种典型的新型无机非金属材料1 1、结构材料、结构材料——2 2、功能材料、功能材料——光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）高温结构陶瓷高温结构陶瓷1 1、结构材料、结构材料——高温结构陶瓷高温结构陶瓷(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷用用  途途 坩埚、高温炉管、坩埚、高温炉管、 刚玉球磨机、刚玉球磨机、 性性  能能 熔点高熔点高 硬度大硬度大 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管、高压钠灯灯管、 用途示例：钠蒸气放电发光问题早在用途示例：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400℃1400℃）强烈腐蚀的特殊材料，）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到所以，直到19651965年才制取第一支高压钠灯。

年才制取第一支高压钠灯高温结构材料与金属材料的性能比较：高温结构材料与金属材料的性能比较： 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化 金属材料：金属材料： 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品高温结构材料高温结构材料: :(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷主要特性主要特性①①超硬度，耐磨损；超硬度，耐磨损；②②抗腐蚀，高温抗腐蚀，高温时也抗氧化；时也抗氧化；③③抗冷热冲击而不碎裂；抗冷热冲击而不碎裂；④④耐高温且不易传热；耐高温且不易传热；⑤⑤本身具有润本身具有润滑性滑性 主要用途主要用途 制造轴承、汽轮机叶片、机械密制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件用于封环、永久性模具等机械构件用于制造柴油机中发动机部件的受热面等制造柴油机中发动机部件的受热面等如：如： ，， 此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、硼陶瓷、 、、                      等。

等SiSi3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件沙漠车沙漠车等等氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷(3)(3)人造宝石人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是红宝石和蓝宝石的主要成分都是AlAl2 2O O3 3（刚玉）（刚玉） 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；化合物； 而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物少量含钛化合物 19001900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g2g-4g的红宝石的红宝石现在，已经能制造出大到现在，已经能制造出大到10g10g的红宝石和蓝宝的红宝石和蓝宝石  钻石、宝石、玉石的成分是什钻石、宝石、玉石的成分是什么，它们是同一类物质吗？么，它们是同一类物质吗？想一想想一想 钻石就是钻石就是 ，其成分是碳；，其成分是碳； 的的主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中含少量不同的氧化物杂质；含少量不同的氧化物杂质； 的主要成分是的主要成分是 硅酸盐。

所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵硅酸盐所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵的的“石头石头”，但它们不是同一类物质但它们不是同一类物质金刚石金刚石宝石宝石玉石玉石 18701870年年，，英英国国科科学学家家丁丁达达尔尔做做了了一一个个有有趣趣的的实实验验：：让让一一股股水水流流从从玻玻璃璃容容器器的的侧侧壁壁细细口口自自由由流流出出，，以以一一束束细细光光束束沿沿水水平平方方向向从从开开口口处处的的正正对对面面射射入入水水中中丁丁达达尔尔发发现现，，细细光光束束不不是是穿穿出出这这股股水水流流射射向向空空气气，，而而是是顺顺从从地地沿沿着着水水流流弯弯弯弯曲曲曲曲地地传传播播这这是是光光的的全全反反射射造成的结果造成的结果2 2、功能材料、功能材料——光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）光导原理光导原理光导纤维（二氧化硅）光导纤维（二氧化硅）主要特性主要特性①①抗干扰性能好，不发生辐射；抗干扰性能好，不发生辐射；②②通通讯质量好；讯质量好；③③质量轻、耐腐蚀质量轻、耐腐蚀主要用途主要用途 除用于通讯外，还用于医疗、除用于通讯外，还用于医疗、信息处理、信息处理、传能传像、遥测遥控、照传能传像、遥测遥控、照明明等。

等是高质量传导光的玻璃纤维，是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的信息高速公路的“基石基石”光导纤维的特点和用途：光导纤维的特点和用途：光导纤维在医学上的应用光导纤维在医学上的应用光光导导纤纤维维不不但但是是通通信信技技术术中中的的重重要要材材料料，，还还是是医医生生的的得得力力助助手手目目前前在在医医学学领领域域，，普普遍遍使使用用着着一一种种连连接接着着许许多多光光纤纤的的胃胃镜镜，，光光纤纤胃胃镜镜的的光光源源是是在在体体外外由由光光纤纤传传进进去去的的，，它它不不产产生生热热辐辐射射，，能能减减轻轻病病人人的的痛痛苦苦在在光光导导纤纤维维的的一一头头装装着着精精致致小小巧巧的的微微型型镜镜头头，，可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上光光导导纤纤维维在在医医学学上上的的另另一一个个重重要要应应用用是是通通过过微微细细的的光光纤纤将将高高强强度度的的激激光光输输入入人人体体的的病病变变部部位位，，用用激激光光来来切切除除病病变变部部位位这这种种“手手术术”不不用用切切开开皮皮肤肤和和切切割肌肉组织，而且切割部位准确，手术效果好。

割肌肉组织，而且切割部位准确，手术效果好光学纤维胃镜光学纤维胃镜用光导纤维做手术，不用开刀用光导纤维做手术，不用开刀光光学学纤纤维维胃胃镜镜（（2 2）巴基球）巴基球￿ ￿￿ ￿科科学学家家发现了了由由60个个碳碳原原子子组成成的的分分子子——C60，，C60由由于于其其结构构的的特特殊殊性性，，使使它它在在超超导、、磁磁性性、、光光学学、、催催化化等等方方面面表表现出出优异异的的性性能能当当碱碱金金属属嵌嵌入入C60分分子子间的的空空隙隙后后形形成成K3C60 、、Rb3C60 等等，，均均为良好的超良好的超导体，具有很高的体，具有很高的临界温度￿ ￿￿ ￿￿ ￿C60有有很很强的的抗抗压性性、、良良好好的的复复原原性性、、及及高高度度的的稳定定性性，，加加上上其其分分子子没没有有棱棱角角，，使使它它成成为最最优良良的的润滑滑剂￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ 金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业1）金刚石）金刚石其他新型无机非金属材料简介其他新型无机非金属材料简介（（3 3）纳米材料）纳米材料￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿纳米米材材料料指指的的是是微微粒粒直直径径在在10-7~10-9m级的的材材料料，，它它具具有有奇奇特特的的光光、、电、、磁磁、、热、、力力和和化学性化学性质。

￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿实验上上发现如如果果将将金金属属铜或或铝做做成成几几个个纳米米的的颗粒粒，，一一遇遇到到空空气气就就会会产生生剧烈烈的的燃燃烧，，发生生爆爆炸炸￿ ￿如如果果把把纳米米颗粒粒粉粉末末制制成成块状状金金属属材材料料，，它它会会变得得十十分分结实，，强度度比比一一般般金金属属高高十十几几倍倍，，同同时又又可可以以像像橡橡胶胶一一样富富有有弹性性如如果果把把透透明明、、防防油油、、防防水水的的纳米米材材料料颗粒粒组合合在在大大楼楼表表面面或或窗窗玻玻璃璃上上，，大大楼楼不不会会被被空空气气中中的的油油污弄弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气而永，玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明(4)(4)智能材料智能材料 功能材料主要利用材料的功能材料主要利用材料的热、光、、光、电、、磁等性能，用于磁等性能，用于电子、激光、通子、激光、通讯、能源、能源和生物工程等和生物工程等领域功能材料的最新域功能材料的最新发展展是智能材料，它具有是智能材料，它具有环境判断功能，自我境判断功能，自我修复功能和修复功能和时间轴功能智能材料既能像功能智能材料既能像人的五官那人的五官那样感知客感知客观世界，又能主世界，又能主动对外做功，外做功，发射声波、射声波、辐射射电磁波或磁波或热能，能，甚至能促甚至能促进化学反化学反应和改和改变颜色等色等类似有似有生命物生命物质的智慧反的智慧反应。

￿ ￿（（5 5）生物材料）生物材料￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿生生物物材材料料的的目目标是是对人人体体组织的的矫形形、、修复、再造以修复、再造以维持其原有的功能持其原有的功能6 6）超导材料）超导材料 超超导导材材料料是是一一类类在在低低温温下下（（23.2K23.2K或或更更低低温温度度下下））电电阻阻可可以以完完全全消消失失的的材材料料用用超超导导材材料料做做成成导导线线，，电电阻阻几几乎乎为为零零，，可可以以实实现现远远距离无损耗输电；距离无损耗输电；。