人教版化學必修二第五章化工生產中的重要非金屬元素

第3節(jié)無機非金屬材料一、硅酸鹽材料（一）硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體，其結構如圖所示。每個Si結合

個O，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

相互連接，每個

為兩個四面體所共有，與

個Si相結合。4OO2硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩(wěn)定、耐腐蝕等特點。（二）常見的硅酸鹽材料1、陶瓷（1）、主要原料：黏土

（2）、傳統(tǒng)生產過程：混和、成型、干燥、燒結、冷卻

。（3）、特點：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣（4）用途：建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具2、玻璃（1）普通玻璃生產原料：純堿、石灰石、石英高溫高溫（2）生產原理及條件：

Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑

（3）普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（4）主要設備：玻璃窯（5）特點：玻璃是非晶體，稱為玻璃態(tài)物質，無固定熔點，在某一溫度范圍內軟化可加工成制品種類特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強度大，濾光化學儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導纖維、壓電晶體等光學玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片；照相機、顯微鏡、望遠鏡用凹凸透鏡等光學儀器玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質輕、抗震裂運動器材；微波通訊器材;汽車、火車窗玻璃等有機玻璃：縮寫為:PMMA;有機玻璃的化學名稱叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸酯聚合成的高分子化合物。有機玻璃又叫明膠玻璃、亞克力。小知識：常見的特種玻璃3、水泥（1）主要原料：石灰石、黏土

輔助原料：適量的石膏（調節(jié)水泥硬化速度）（2）設備：泥回轉窯（3）主要成分：硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)（4）主要性能：水硬性

（5）用途：大量用于建筑和水利工程水泥回轉窯（三）硅酸鹽1、硅酸鈉(Na2SiO3,俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽。(1)硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱

，具有

強、耐

等特性，常用作黏合劑和防火劑。水玻璃黏結力高溫(2)硅酸鈉溶液與鹽酸反應生成硅酸(H2SiO3)膠體，其化學方程式是

。(3)少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，反應的離子方程式是

。Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O

=H2SiO3↓＋Na2CO3硅酸酸性比碳酸弱2、硅酸鹽組成的表示方法硅酸鈉（Na2SiO3)

鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2ONa2O·SiO22MgO·SiO2CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O長石（KAlSi3O8）K2O·Al2O3·6SiO2二、新型無機非金屬材料（一）硅和二氧化硅1、單質硅（1）存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種單質硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在（2）物理性質：①灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體；

②結構類似于金剛石，熔、沸點高、硬度大；③晶體硅是良好的半導體材料。（3）化學性質：常溫下硅單質的化學性質不活潑，但能與氫氟酸、強堿發(fā)生反應。Si+2F2=SiF4

Si+O2SiO2

Si+2Cl2SiCl4Si+4HF

=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑（4）制備制粗硅：SiO2＋2C=Si+2CO↑高溫制高純硅：（5）用途

硅太陽能電池2、二氧化硅（SiO2）（1）存在：在自然界與礦物質共同構成巖石。（2）SiO2結構

Si→O→空間網(wǎng)狀結構(四面體）石英晶體是結晶的二氧化硅，石英中無色透明的晶體就是水晶石英水晶水晶沙子的主要成分就是SiO2

，沙子中含有小粒的石英晶體。（3）物理性質堅硬難熔的固體，不溶于水，純凈的晶體無色透明①酸性氧化物：（4）

化學性質SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞？SiO2＋CaO

CaSiO3答：玻璃中含有SiO2

，與堿反應，生成硅酸鹽，可黏合玻璃?！颯iO2

不能與水化合生成硅酸。Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3

＋2NaCl硅酸制法：用硅酸鹽和酸反應②與氫氟酸反應—SiO2的特性SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O玻璃中含有SiO2，所以可以用HF來刻蝕玻璃。③弱氧化性2C+SiO22CO↑+Si（5）SiO2的用途①高性能通訊材料---光導纖維②沙子是基本的建筑材料③石英和瑪瑙制作飾物、工藝品、精密儀器等石英坩堝光導纖維制晶體硅石英坩堝光導纖維石英手表光學儀器耐磨器皿SiO2精密儀器軸承3、硅酸（白色固體，難溶于水）Na2SiO3＋CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3

H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3+2H2O（1）存在：硅酸（H2SiO3）、原硅酸（H4SiO4）等·（2）性質弱酸性，只與強堿反應

Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓+2NaCl（3）

制法：強酸制弱酸

硅酸失水后形成硅膠，具有強吸水性，常用作干燥劑和催化劑的載體。硅膠干燥劑硅膠泳帽（4）硅膠（二）新型陶瓷新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在組成上有很大的變化，在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能。高溫陶瓷碳化硅（SiC）俗稱金剛砂硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。超導陶瓷氧化鋁陶瓷二氧化鋯①高溫結構陶瓷特點：主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽,可實現(xiàn)機械能和電能的相互轉化，用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和但火氣等。耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕、抗氧化等，用于火箭發(fā)動機，汽車發(fā)動機和高溫電極材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC--金剛砂）。②壓電陶瓷特點:③透明陶瓷：特點為某臨界溫度下電阻為0，具有超導性，可用于電力、交通、醫(yī)療等。氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣等類型；特點：耐高溫、絕緣性好，用于高壓鈉燈，激光器和高溫探窗。④超導陶瓷：(1)富勒烯是由

構成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是

。(2)碳納米管是由

卷成的管狀物，具有

尺度的直徑。比表面積大，具有高強度和優(yōu)良的電學性能。(3)石墨烯是只有一個

直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。碳原子C60石墨片層納米碳原子（三）碳納米材料碳納米材料(富勒烯、石墨烯等)、金剛石、石墨都是碳的同素異形體，它們具有不同的結構(碳原子排列方式不同)和性質。富勒烯石墨烯碳納米管（單壁）碳納米管（多壁）碳納米材料碳納米管-------具有高強度和電學性能，用于生產復合材料，電池、傳感器。

石墨烯-------單層石墨，電阻率低，熱導率高，強度高用于光電器元件、超級電容器、電池和復合材料等。如用C60作車輪的“納米汽車”富勒烯-------籠形分子，以C60為代表.分類名稱性能主要用途傳統(tǒng)無機非金屬材料陶瓷熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質穩(wěn)定建筑材料、日常器皿、衛(wèi)生潔具玻璃透光性好、硬度大