第三節(jié)無機非金屬材料硅酸鹽材料一、硅酸鹽材料硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱硅酸鹽一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在于地殼、巖石中Si和O構(gòu)成了硅氧四面體每個Si結(jié)合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角許多四面體通過頂角的O相互連接每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合硅酸鹽材料大多硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等傳統(tǒng)非金屬材料多為硅酸鹽材料，以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。水泥陶瓷玻璃1.陶瓷（China）土與火的完美結(jié)合陶瓷的種類很多，主要分為土器、陶器、炻器、瓷器。原料：黏土

(含水的鋁硅酸鹽)條件：用途：建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等高溫?zé)Y(jié)性質(zhì)：陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。傳統(tǒng)陶瓷的應(yīng)用：日用器皿衛(wèi)生潔具2.玻璃沙與火的淬煉透光性好、硬度大、無固定熔點純堿、石灰石、石英玻璃窯高溫熔融，復(fù)雜的物理和化學(xué)變化SiO2+CaCO3===CaSiO3+CO2

SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2

高溫高溫原料：設(shè)備：條件：主要反應(yīng)：SiO2硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅主要成分：建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、玻璃纖維等用途：3.水泥黏土、石灰石原料設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯條件：高溫煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化主要成分：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等用途：輔料石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率建筑材料水泥砂漿：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。水泥砼，漢語詞匯，拼音tóng，混凝土的同義詞。在工程設(shè)計和施工中，經(jīng)常把混凝土三個字簡寫為砼。砼字的創(chuàng)造者是著名結(jié)構(gòu)學(xué)家蔡方蔭教授。

陶瓷玻璃水泥主要原料黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）純堿、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）黏土、石灰石主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等反應(yīng)原理高溫?zé)Y(jié)而成高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿、制造玻璃纖維用于高強度復(fù)合材料等制混凝土，大量用于建筑和水利工程1.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.陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點A二、最簡單的硅酸鹽——硅酸鈉Na2SiO3，俗稱泡花堿，白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強的黏合性。與酸反應(yīng)：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2H2O+CO2(過量）=2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量）=Na2CO3+H2SiO3↓硅酸鈉的用途：①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑硅酸鹽的表示方法1.直接用化學(xué)式Na2SiO3、CaSiO32.復(fù)雜的用氧化物形式表示黏土：Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O正長石：KAlSi3O8K2O·Al2O3·6SiO2H2SiO3：白色沉淀，不溶于水的弱酸，酸性比碳酸弱，受熱易分解三、高中唯一的難溶弱酸——硅酸H2SiO3H2O+SiO2

溶液中生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠（能流動），當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸凝膠（不能流動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠。硅膠多孔，吸附水份能力強，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。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四、硅單質(zhì)——芯片的主體1、存在形式{晶體硅無定形硅灰黑色晶體，有金屬光澤，熔點高硅是一種親氧元素，在自然界中沒有游離態(tài)，一般以SiO2或硅酸鹽的形式存在。硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。晶體硅中的雜質(zhì)會影響其導(dǎo)電性能，因此必須制備高純度的硅。2、高純硅制備石英砂粗硅SiHCl3高純硅1800~2000℃焦炭300℃HCl1100℃H2①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑18000C~20000C②Si+3HClSiHCl3+H23000C③SiHCl3+H2Si+3HCl11000C3、硅的原子結(jié)構(gòu)Si+14842

硅原子的最外電子層有4個電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價的化合物。硅單質(zhì)的正四面體立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，決定了硅熔點(1410℃)、沸點高、硬度大。4、硅的化學(xué)性質(zhì)①常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH溶液反應(yīng)。Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑②在高溫條件下，單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。Si＋O2SiO2Si+2Cl2====SiCl45、硅的用途高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域。利用其半導(dǎo)體性能可以制成計算機、通訊設(shè)備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的硅太陽能電池。硅晶片用于生產(chǎn)芯片五、二氧化硅——酸性氧化物沙子石英砂瑪瑙水晶SiO21、物理性質(zhì)硬度大、熔沸點高、常溫下為固體、難溶于水、不導(dǎo)電、立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)2、化學(xué)性質(zhì)(1)、酸性氧化物①不溶于水，不與水反應(yīng)（特殊）SiO2+CaO

CaSiO3高溫③與堿性氧化物反應(yīng)②與強堿反應(yīng)SiO2

+2NaOH

=Na2SiO3

+H2O④與某些鹽反應(yīng)盛堿的試劑瓶不能用玻璃塞，要用橡膠塞！(2)、氧化性SiO2+2C====Si+2CO↑高溫(3)、特性與氫氟酸（HF）反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O3、SiO2用途——光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維石英坩堝玻璃儀器精美瓷器（通信）六、新型無機非金屬材料1.新型陶瓷碳化硅（SiC）

碳化硅，俗稱金剛砂，其中的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。碳化硅還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。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。4MHz壓電陶瓷聚焦超聲波片高頻壓電陶瓷諧振器主要有氧化鋁、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、激光器和高溫探測窗等。透明陶瓷氧化鋁陶瓷二氧化鋯超導(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。如：人工關(guān)節(jié)、磁懸浮技術(shù)2.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，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——納米王子由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要研究對象，開啟了納米材料研究和應(yīng)用的新時代，具有超導(dǎo)性能，在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等方面都有重要應(yīng)用碳納米管可看成是由石墨片層卷成的管狀物結(jié)構(gòu)：性質(zhì)：用途：比表面積大，有相當(dāng)高的強度和優(yōu)良的電學(xué)性能用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等直達宇宙的太空天梯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨