第三節(jié)無機(jī)非金屬材料第1課時硅酸鹽材料必修第二冊第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素硅酸鹽一、硅酸鹽材料

無機(jī)非金屬材料一般含有

元素，具有

、

、

等特點(diǎn)，以及特殊的

、

等性能。1．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、氧耐高溫抗腐蝕硬度高光學(xué)電學(xué)硅氧四面體硅氧四面體的結(jié)構(gòu)示意圖硅酸鹽2．硅酸鹽（1）定義：由Si、O、金屬（鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等）等元素組成的化合物的總稱。（2）書寫：用鹽的化學(xué)式表示，如：Na2SiO3用氧化物形式表示，如：Na2O?SiO2原則：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O注意事項(xiàng)：①元素化合價不變

②原子比例不變

③多種金屬同時存在，活潑的寫在前面硅酸鹽多數(shù)具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。（3）硅酸鹽的性質(zhì)：（4）最簡單的硅酸鹽：Na2SiO3——水溶液俗稱：水玻璃、泡花堿用途：制備硅酸凝膠、木材防火劑、肥皂填充劑、黏膠劑特性：水溶液有黏性Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3(膠體)Na2SiO3+CO2+H20=Na2CO3+H2SiO3(膠體)強(qiáng)酸制弱酸：酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3H2SiO3：二元弱酸，加熱易分解，失水后變硅膠。傳統(tǒng)無機(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)瓷都新石器時代就能燒制唐宋時期達(dá)到鼎盛：傳統(tǒng)無機(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，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反應(yīng)條件：高溫熔融反應(yīng)方程式：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑制造玻璃纖維、用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料加入元素或物質(zhì)

玻璃特性

用途含鉛原料光學(xué)玻璃:透光性好,折射率高制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)儀器的透鏡硼酸鹽耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化制造可用于實(shí)驗(yàn)室使用的玻璃儀器金屬氧化物或鹽彩色玻璃用于建筑和裝飾特種玻璃

傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

水泥原料：工業(yè)設(shè)備：黏土、石灰石、石膏水泥回轉(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)水泥硬化速率新型無機(jī)非金屬材料

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無機(jī)非金屬材料相繼問世。（1）高純度的含硅元素的材料：單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能。（2）含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1．硅(1)硅元素的存在與結(jié)構(gòu)存在原子結(jié)構(gòu)示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第

位

新型無機(jī)非金屬材料第三周期、第ⅣA族二氧化物和硅酸鹽硅酸鹽礦石水晶（SiO2）瑪瑙（SiO2）

處于金屬與非金屬的過渡位置，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。新型無機(jī)非金屬材料(2)硅單質(zhì)灰黑色、具有金屬光澤的固體半導(dǎo)體材料,用于集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池等新型無機(jī)非金屬材料(3)硅的工業(yè)制備SiO2+2C=============Si+2CO↑1800~2000℃Si+3HCl=======

SiHCl3+H2↑300℃SiHCl3+H2

========

Si+3HCl1100℃新型無機(jī)非金屬材料2．二氧化硅⑴存在形式硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結(jié)晶形：無定形：統(tǒng)稱硅石空間構(gòu)型：硅氧四面體熔沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水⑵物理性質(zhì)(3)用途光導(dǎo)纖維、石英坩堝、建筑材料、電器部件新型無機(jī)非金屬材料SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O(4)化學(xué)性質(zhì)①與HF反應(yīng)——唯一能與SiO2反應(yīng)的酸用途：刻蝕玻璃②酸性氧化物SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O====Na2SiO3高溫與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)：③弱氧化性SiO2+2C=====Si+2CO↑高溫

裝NaOH的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞用途：制粗硅④與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理1、保存NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，生成具有粘性的硅酸鈉粘住瓶塞2、埋在地下的光導(dǎo)纖維常因土壤成堿性而斷路，為什么？用離子方程式表示。SiO2+2OH-=SiO32-

+H2O3、SiO2既能與HF酸反應(yīng)又能和NaOH反應(yīng)，所以它是兩性氧化物？錯。因?yàn)镾iO2+4HF==SiF4↑+2H2O，生成的SiF4不屬于鹽。4、如何除去SiO2中混有的CaO雜質(zhì)？HCl課堂鞏固5、中國北京曙光公司研制了第一款具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能CPU芯片——“龍芯”1號。(1)“龍芯”1號(芯片)的主要化學(xué)成分是________。(2)互聯(lián)網(wǎng)使用的數(shù)據(jù)傳輸材料叫________，主要化學(xué)成分是________。(3)秦兵馬俑制品的主要生產(chǎn)原料是________，主要成分為________。硅光導(dǎo)纖維二氧化硅黏土硅酸鹽課堂鞏固新型無機(jī)非金屬材料3.新型陶瓷碳原子和硅原子通過共價鍵連接結(jié)構(gòu)：性能砂紙和砂輪的磨料高溫抗氧化性能硬度大耐高溫結(jié)構(gòu)材料耐高溫半導(dǎo)體材料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)等方面有很多新的特性和功能。碳化硅陶瓷碳化硅SiC：俗稱金剛砂一般用碳化硅、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)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和高溫電極材料等。高溫結(jié)構(gòu)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。壓電陶瓷新型無機(jī)非金屬材料主要有氧化鋁、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。超導(dǎo)陶瓷新型無機(jī)非金屬材料4.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(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。

富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時代。富勒烯新型無機(jī)非金屬材料碳納米管碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，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。比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積。新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料石墨烯

石墨烯是只有一個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。作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入。課堂總結(jié)一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料（1）陶瓷（2）玻璃（3）水泥（1）硅和二氧化硫（2）新型陶瓷SiO2+2C=========Si+2COSi+3HCl=======SiHCl3+H2SiHCl3+H2=======Si+3HCI1800~2000℃300℃1100℃二、新型無機(jī)非金屬材料（3）碳納