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第三節(jié)無機非金屬材料
第五章 化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
第2課時 硅酸鹽材料
了解硅酸鹽的概念，會用氧化物表示硅酸鹽的組成
01
學(xué)習(xí)目標(biāo)
PART 01
硅酸鹽材料
1、無機非金屬材料
(1)元素組成：無機非金屬材料一般含有 、 元素
一、硅酸鹽材料
硅
氧
(2)特點：具有 、 、 等特點，以及特殊的 、 等性能
(3)物質(zhì)組成：傳統(tǒng)的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，如：制作餐具的 、窗戶上的 、建筑用的 。
耐高溫
抗腐蝕
抗腐蝕
光學(xué)
電學(xué)
陶瓷
玻璃
水泥
水泥
玻璃
一、硅酸鹽材料
2、硅酸鹽
(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分
(2)性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì)穩(wěn)定，熔點較高，多數(shù) 溶于水
難
(3)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)：在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了 ，Si在中心，
O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連
接。其結(jié)構(gòu)示意圖為
硅氧四面體
一、硅酸鹽材料
(4)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用氧化物的形式表示它們的組成
表示順序是：活潑金屬氧化物
較活潑金屬氧化物
二氧化硅 水
但化學(xué)式前面的系數(shù)不能為分?jǐn)?shù)
書寫形式
硅酸鹽氧化物形式的改寫方法
氧化物順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水
氧化物之間用“·”隔開
化學(xué)計量數(shù)
實例
鈉長石(NaAlSi3O8)不能寫成1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2，
應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。
配置原則：各元素原子總個數(shù)比值符合原來的組成，若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。
一、硅酸鹽材料
高嶺石 Al2Si2O5(OH)4 表示：
Na2O·SiO2
2MgO·SiO2
鎂橄欖石 Mg2SiO4表示：
Al2O3·2SiO2·2H2O
正長石 KAlSi3O8表示：
例如：硅酸鈉 Na2SiO3表示：
鉀云母(KH2Al3Si3O12) 表示：
K2O·Al2O3·6SiO2
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
3、最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3
一、硅酸鹽材料
(1)俗名： ，水溶液俗稱 。
(2)物理性質(zhì)：白色固體，可溶于水
(3)化學(xué)性質(zhì)
①與酸反應(yīng)： 。
②與CO2反應(yīng)： ，
。
(4)用途：①制硅酸；② 黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑
泡花堿
水玻璃
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(膠體)
Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(膠體)
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(過量)===H2SiO3(膠體)＋2NaHCO3
4、傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料
一、硅酸鹽材料
硅酸鹽產(chǎn)品 水泥 玻璃 陶瓷
主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 ——
主要原料 石灰石和粘土 純堿、石灰石、石英(過量) 黏土
反應(yīng)原理 復(fù)雜的物理 化學(xué)變化 復(fù)雜的物理
化學(xué)變化
主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 Na2O·CaO·6SiO2 ——
特性 水硬性(跟水摻和攪拌后容易凝固變硬) 非晶體，無固定熔點，在一定范圍內(nèi)軟化可制成各種形狀 抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣
1、用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的是(　　)
A．鈣沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]表示為Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．鎂橄欖石(Mg2SiO4)表示為
C．鉀云母(K2Al6Si6H4O24)表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示為3MgO·4SiO2·H2O
【對點訓(xùn)練1】
D
一、硅酸鹽材料
解析：根據(jù)硅酸鹽改寫氧化物的要求可以判斷，A中Al2O3和CaO的排列順序有誤；B中化學(xué)計量數(shù)出現(xiàn)了分?jǐn)?shù)；C中正確的寫法應(yīng)為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；D的寫法符合要求。
【對點訓(xùn)練1】
一、硅酸鹽材料
2、下列敘述正確的是(　　)
A．硅酸鈉是硅酸鹽，但不能溶于水
B．電影銀幕用水玻璃浸泡，主要是為了防腐
C．建筑工業(yè)常用水玻璃作黏合劑
D．用水玻璃浸泡鐵道的木制枕木，主要是為了防火
C
解析：Na2SiO3既是硅酸鹽，又是鈉鹽，硅酸鹽大多難溶于水，而鈉鹽均易溶于水；浸泡銀幕主要是為了防火，而浸泡枕木主要是為了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合劑。
3、下列有關(guān)硅酸鹽的說法中正確的是(　　)
A．硅酸鹽中的陰離子都是
B．硅酸鹽都難溶于水
C．通常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，說明硅酸鹽就是由各種氧化物組成的
D．Na2SiO3是一種最簡單的硅酸鹽，其水溶液可用作黏合劑
【對點訓(xùn)練1】
D
一、硅酸鹽材料
解析：硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，它包含結(jié)構(gòu)簡單的硅酸鹽(如Na2SiO3)，也包含結(jié)構(gòu)復(fù)雜的硅酸鹽，A項錯誤；簡單的硅酸鹽中有少數(shù)溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B項錯誤；對于硅酸鹽，氧化物的形式僅僅是一種表達(dá)方式，并不是說它就是由氧化物組成的，C項錯誤。
滿足科技發(fā)展的需要，應(yīng)用于高端領(lǐng)域
PART 02
新型陶瓷
二、新型陶瓷
1、新型陶瓷的特點：
新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能
2、常見的新型陶瓷及特點
(1)碳化硅(SiC)：俗稱金剛砂，碳原子和硅原子通過共價鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。
碳化硅還耐高溫，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等
(2)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等
二、新型陶瓷
(3)壓電陶瓷：壓電陶瓷主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)化。可用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等
(4)透明陶瓷：透明陶瓷主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好。可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測器等
(5)超導(dǎo)陶瓷：超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域
二、新型陶瓷
【對點訓(xùn)練2】
1、下列關(guān)于無機非金屬材料的說法中正確的是(　　)
A．傳統(tǒng)無機非金屬材料是指：光導(dǎo)纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料
B．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，但強度比較差
C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點
D．傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽
C
二、新型陶瓷
【對點訓(xùn)練2】
2、《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)。下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是(　　)
A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2 B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色
C．易溶解于強酸和強堿 D．x等于6
C
解析：“硅酸銅鋇”能穩(wěn)定存在說明其性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色，不易與酸、堿反應(yīng)。“硅酸銅鋇”中Ba為＋2價，Cu為＋2價，Si為＋4價，則x＝6，用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2。
二、新型陶瓷
【對點訓(xùn)練2】
3、陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是(　　)
A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵
B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成
C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽
D．陶瓷具有耐高溫、耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點
A
解析：氧化鐵為紅棕色固體，瓷器的青色不可能來自氧化鐵，A錯誤；秦兵馬俑是陶制品，陶制品是由黏土或含有黏土的混合物經(jīng)混煉、成形、煅燒而制成的，B正確；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物，陶瓷的主要成分是硅酸鹽，與水泥、玻璃等同屬硅酸鹽產(chǎn)品，C正確；陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽具有耐高溫、耐酸堿侵蝕、抗氧化等特點，D正確。
PART 03
碳納米材料
三、碳納米材料
1、碳納米材料：
碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料在 等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景
能源、信息、醫(yī)藥
2、常見的碳納米材料
結(jié)構(gòu)特點 應(yīng)用
富勒烯 由 原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱 代表物 開啟碳納米材料研究和應(yīng)用的新時代
碳納米管 由 片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑 用于生產(chǎn) 、電池和傳感器等
石墨烯 只有 碳原子直徑厚度的單層石墨 應(yīng)用于光電器件、超級電容器、電池和復(fù)合材料等
碳
C60
石墨
復(fù)合材料
一個
分類 名稱 性能 主要用途
新型無機非金屬材料 晶體硅 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間 半導(dǎo)體材料、計算機芯片、太陽能電池等
二氧化硅 性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好 光導(dǎo)纖維、玻璃儀器、裝飾品等
新型陶瓷 分別具有光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的特性 分別用于激光、火箭發(fā)動機、壓電陶瓷（點火器）、磁懸浮技術(shù)、人工關(guān)節(jié)等
石墨烯 電阻率低、熱導(dǎo)率高、強度大 光電器件、超級電容、電池、復(fù)合材料等
碳納米管 比表面積大、電學(xué)性能好、強度大 傳感器、電池、復(fù)合材料等
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