資源簡(jiǎn)介

(共23張PPT)
硅酸鹽材料
第三節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用的材料除了金屬材料，還有無(wú)機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無(wú)機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展對(duì)材料性能要求的提高，一批新型無(wú)機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。
情景引入
硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。
一、硅酸鹽材料
傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料
陶瓷
原料
歷史
應(yīng)用
黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)
青花瓷、唐三彩
生產(chǎn)建筑材料、
絕緣材料、
日用器皿、
衛(wèi)生潔具等
China
反應(yīng)條件
高溫?zé)Y(jié)
瓷都
傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料
玻璃
原料
工業(yè)設(shè)備
應(yīng)用
純堿、石灰石和石英砂
玻璃窯
主要成分
生產(chǎn)建筑材料、
光學(xué)儀器、
各種器皿，
制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
水泥
原料
工業(yè)設(shè)備
黏土和石灰石
水泥回轉(zhuǎn)窯
混凝土
水泥、沙子和碎石等與水混合
石膏的作用
條件
高溫煅燒
調(diào)節(jié)水泥硬化速率
傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料
(1)硅的存在與性質(zhì)
①硅在自然界主要以 和 的形式存在；
②單質(zhì)硅是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料；
③高溫下，硅能與氧氣反應(yīng)生成 ，與氯氣反應(yīng)生成 。
硅酸鹽
氧化物
SiO2
SiCl4
二、硅
SiO2是不溶于水的固體，熔、沸點(diǎn)高，硬度大
立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， Si 原子和 O 原子比例 1:2
通常用SiO2來(lái)表示二氧化硅的組成
1、結(jié)構(gòu)
O
Si
2、物理性質(zhì)
三、二氧化硅
二氧化碳 二氧化硅
水
堿
堿性氧化物
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反應(yīng)
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O
SiO2+CaO=CaSiO3
高溫
因?yàn)椴Ａе泻蠸iO2，會(huì)與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開(kāi)。
為什么實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
酸性氧化物
3、化學(xué)性質(zhì)
② 二氧化硅的特性
與 HF 反應(yīng)：_______________________________________________
SiO2 + 4HF === SiF4↑+ 2H2O
3、化學(xué)性質(zhì)
思考：實(shí)驗(yàn)室能否用玻璃瓶盛裝氫氟酸（HF）？
注意：實(shí)驗(yàn)室用塑料瓶來(lái)盛裝HF
用途：氫氟酸可以刻蝕玻璃
在玻璃表面涂上一層石蠟
在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸
洗掉酸并去掉石蠟
①
②
③
【玻璃雕刻步驟】
③ 二氧化硅可制備玻璃
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑
3、化學(xué)性質(zhì)
④ 與C單質(zhì)反應(yīng)
SiO2+2C ==== Si+2CO↑
高溫
CO2+C=2CO
SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著。
光導(dǎo)纖維（通信）
石英坩堝
玻璃儀器
精美瓷器
3、二氧化硅的用途
1．白色膠狀固體，不溶于水。
2．弱酸性：酸性比碳酸弱。H2SO33．不穩(wěn)定性：受熱易分解，H2SiO3 SiO2 + H2O。
4．制備（強(qiáng)酸制弱酸）：
Na2SiO3 + 2HCl === 2NaCl + H2SiO3(膠體)
Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3(膠體) + Na2CO3
△
四、硅酸
硅膠
硅酸
聚合
硅酸凝膠
干燥脫水
硅酸干凝膠
“硅膠”
硅膠的用途：
食品、藥品的干燥劑
催化劑的載體
如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明硅酸的酸性比碳酸弱？
CaCO3
鹽酸
飽和Na2SiO3溶液
CO2(HCl)
排除干擾
酸性： H2CO3>H2SiO3
自主探究
飽和 NaHCO3 溶液
如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明硅酸的酸性比碳酸弱？
飽和Na2SiO3溶液
CaCO3
鹽酸
CO2(HCl)
CO2
Na2SiO3 + CO2+H2O = H2SiO3(膠體)+ 2NaCl
自主探究
1.下列關(guān)于二氧化硅的敘述中正確的是(　　)
A.硅原子和碳原子最外層電子數(shù)相同，二氧化硅和二氧化碳分子結(jié)構(gòu)也相同
B.二氧化硅能與氫氧化鈉溶液和氫氟酸反應(yīng)，所以二氧化硅是兩性氧化物
C.二氧化硅中硅元素為＋4價(jià)，二氧化硅具有氧化性
D.在二氧化硅中，每個(gè)硅原子結(jié)合2個(gè)氧原子
C
課堂訓(xùn)練
一、新型陶瓷
新型陶瓷
組成
不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系
特性和功能
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
實(shí)例
SiC
金剛砂
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
具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，使用溫度可達(dá)1600℃，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料
五、新型無(wú)機(jī)非金屬材料
① 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、耐磨蝕等優(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(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。
② 壓電陶瓷：主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等。
③ 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(cè)窗等。
④ 超導(dǎo)陶瓷：在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。
一、新型陶瓷
二、碳納米材料
主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，代表物C60
C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對(duì)象，開(kāi)啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代。
碳納米管可看成由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。
比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。
二、碳納米材料
主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。其在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入
二、碳納米材料
主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

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