第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第三節(jié)

無機(jī)非金屬材料貳叁知識導(dǎo)航硅酸鹽材料01新型無機(jī)非金屬材料02學(xué)習(xí)目標(biāo)

1、了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。

2、了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非金屬材料奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用。

3、了解粗硅的制法和高純硅的提純原理及納米材料的類別結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能和用途。Part01硅酸鹽

現(xiàn)在家居裝修以明亮，簡潔，實(shí)用的風(fēng)格為主流，大家能判斷都用到哪些材料以及它們的類別嗎？

【活動(dòng)】玻璃傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料鋁合金金屬材料木紋磚傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料陶瓷材料分類無機(jī)非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機(jī)高分子材料：如有機(jī)玻璃傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：如玻璃、陶瓷、水泥新型無機(jī)非金屬材料：硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復(fù)合材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料主要組成物質(zhì)為硅酸鹽硅酸鹽存在：定義：表示方法：硅酸鹽一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在于地殼、巖石中由金屬、硅、氧等元素形成的鹽①用鹽的化學(xué)式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O?SiO2、CaO?SiO2硅酸鹽

長石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2不能寫成1/2K2O·1/2Al2O3·3SiO2高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]Al2O3·2SiO2·2H2O硅酸鹽結(jié)構(gòu)Si和O構(gòu)成了硅氧四面體每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角許多四面體通過頂角的O相互連接每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合大多硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等硅酸鹽性質(zhì)有例外：Na2SiO3硅酸鹽Na2SiO3物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，可做木材防火劑；是一種礦物膠，有很強(qiáng)的黏合性。Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2H2O+2CO2(過量）2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量）Na2CO3+H2SiO3↓硅酸：高中化學(xué)唯一難溶性酸

這些反應(yīng)的反應(yīng)類型是什么？遵循什么反應(yīng)原理？【思考】俗稱泡花堿硅酸鹽H2SiO3是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小,不穩(wěn)定，受熱易分解H2SiO3H2O+SiO2

如何證明酸性鹽酸>碳酸>硅酸？【思考】硅酸組織建設(shè)自主探究如何通過實(shí)驗(yàn)來證明硅酸的酸性比碳酸弱？飽和Na2SiO3溶液CaCO3鹽酸CO2(HCl)飽和NaHCO3溶液組織建設(shè)自主探究如何通過實(shí)驗(yàn)來證明硅酸的酸性比碳酸弱？飽和Na2SiO3溶液CaCO3鹽酸CO2(HCl)CO2Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(膠體)+2NaClNa2SiO3和H2SiO3的用途①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑硅酸鈉的用途硅酸的用途硅酸聚合硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠“硅膠”三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品產(chǎn)品原料反應(yīng)原理主要設(shè)備主要成分陶瓷復(fù)雜變化－玻璃水泥復(fù)雜變化黏土純堿、石灰石、石英砂石灰石、黏土玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯Al2O3·2SiO2·2H2ONa2SiO3、CaSiO3和SiO2硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣(2CaO·SiO2)鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑常識：1.陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品2.石英玻璃主要成分是SiO2，不屬于硅酸鹽材料3.普通玻璃加熱近熔化再急速冷卻得鋼化玻璃不同性能的玻璃新型的無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅

2.新型陶瓷

3.碳納米材料硅和二氧化硅存在含量存在形態(tài)地殼中居第___位___________________二氧化物和硅酸鹽第三周期、第ⅣA族自然界的硅：不存在單質(zhì)硅半導(dǎo)體材料、硅的應(yīng)用計(jì)算機(jī)芯片、硅太陽能電池等硅晶片用于生產(chǎn)芯片科技時(shí)代的發(fā)展離不開芯片，芯片應(yīng)用于電子產(chǎn)品的各行各業(yè)。大到國防武器裝備，小到我們?nèi)粘Ｊ褂玫募译姟Ｎ覈酒鸩捷^晚，在芯片技術(shù)上落后于很多發(fā)達(dá)國家，每年在芯片進(jìn)口方面的費(fèi)用比石油還要多，未來的戰(zhàn)爭就是芯片的戰(zhàn)爭。制備原理制備流程反應(yīng)方程式

用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)氫氣還原。硅的制備Si+O2===SiO2△Si+2Cl2==SiCl4△硅的化學(xué)性質(zhì)Si＋2F2＝SiF4Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑沙子石英砂瑪瑙水晶SiO2二氧化硅的來源（1）酸性氧化物與堿性氧化物：與堿：與鹽：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+Na2CO3

==Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaO==CaSiO3高溫盛NaOH溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞硅酸鈉，有黏性二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（2）特性——常用于雕刻玻璃

SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O二氧化硅的性質(zhì)和用途

二氧化硅可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好光導(dǎo)纖維石英坩堝瑪瑙水晶建筑材料玻璃二氧化硅的用途二氧化硅可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。新型陶瓷SiC陶瓷軸承耐高溫結(jié)構(gòu)材料耐高溫半導(dǎo)體材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷SiC陶瓷在光、熱、電、磁學(xué)等方面有新的特性和功能SiC俗稱：金剛砂碳納米材料富勒烯代表物：C60碳納米管石墨片層卷成的管狀物石墨烯單層石墨碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)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。分類名稱性能主要用途傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷玻璃水泥熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定建筑材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定建筑材料、各種器皿、光學(xué)儀器等大量用于建筑、水利、道路等工程【小結(jié)

】分類名稱性能主要用途新型無機(jī)非金屬材料晶體硅二氧化硅新型陶瓷碳納米管石墨