第五章化工生產中的重要非金屬元素第三節無機非金屬材料課時1無機非金屬材料學習目標1.了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統硅酸鹽材料的生產原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分；2.學習了解新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領域所發揮的重要作用。你知道這些地標性建筑用到了哪些材料嗎？材料按照化學組成和特性來分：無機非金屬材料金屬材料高分子材料：材料分類無機非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機高分子材料傳統無機非金屬材料：如玻璃、陶瓷、

水泥新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復合材料無機非金屬材料由什么物質組成？有什么性質？傳統無機非金屬材料硅酸鹽存在：定義：表示方法：硅酸鹽一般結構復雜，存在于地殼、巖石中由金屬、硅、氧等元素形成的鹽①用鹽的化學式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O?SiO2、CaO?SiO2硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體。每個Si結合4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O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結合。硅酸鹽表示方法①書寫形式一般為：X金屬氧化物

?YSiO2

?ZH2O②元素化合價不變、原子比例不變③計量數以整數書寫④多種金屬同時存在，活潑金屬寫在前面【注意】

長石（KAlSi3O8）、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物形式表示？

Al2O3·2SiO2·2H2O

K2O·Al2O3·2SiO2硅酸鈉Na2SiO3物理性質化學性質白色固體，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：Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(過量）2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量）Na2CO3+H2SiO3↓硅酸：高中化學唯一難溶性酸①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑用途硅酸H2SiO3是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小,不穩定，受熱易分解H2SiO3H2O+SiO2

如何證明酸性鹽酸>碳酸>硅酸？ABCDA：Na2CO3/NaHCO3B:HClC:飽和NaHCO3D:Na2SiO3硅酸H2SiO3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傳統非金屬材料1.陶瓷原料：歷史：應用：黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)青花瓷、唐三彩生產建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等China反應條件：高溫燒結瓷都傳統非金屬材料2.玻璃原料：工業設備：應用：純堿、石灰石和石英砂玻璃窯主要成分：生產建筑材料、光學儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強度復合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO2傳統非金屬材料生產中采用不同的原料和工藝，可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。玻璃加入一些金屬氧化物或鹽可以得到彩色玻璃，常用于建筑和裝飾。

著色劑玻璃顏色MnO2紫色CoO、Co2O3紫紅色FeO、K2Cr2O7綠色CdS、

Fe2O3

、Sb2S3黃色AuCl

、

Cu2O紅色CuO、MnO2

、Fe3O4黑色【思考】家中常用的玻璃為什么微微帶綠色？傳統無機硅酸鹽產品玻璃傳統非金屬材料3.水泥原料：工業設備：黏土和石灰石水泥回轉窯混凝土：水泥、沙子和碎石等與水混合石膏的作用：條件：高溫煅燒調節水泥硬化速率

陶瓷玻璃水泥主要原料主要設備生產條件黏土玻璃窯黏土、石灰石水泥回轉窯純堿、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）燒結熔融煅燒【思考】普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料，經混合物、粉碎，在玻璃窯中熔融，發生復雜的物理、化學變化。而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。試寫出反應的化學方程式一、傳統的無機非金屬材料--硅酸鹽材料Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2CaSiO3

+CO2↑高溫1.下列關于硅酸的說法正確的是（）A．硅酸可以通過SiO2和水化合反應直接制得

B．可用反應Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸

C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應

D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉B2.有下列物品或設備：①陶瓷餐具②磚瓦③混凝土橋墩④門窗玻璃⑤水晶鏡片⑥石英鐘⑦水晶項鏈⑧硅太陽能電池⑨光導纖維⑩計算機芯片（3）所用材料主要成分為硅酸鹽的是____________．①②③④新型無機非金屬材料新型陶瓷組成特性和功能不再限于傳統的硅酸鹽體系在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能實例SiC俗稱金剛砂具有類似金剛石的結構，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料具有優異的高溫抗氧化性能，使用溫度可達1600℃，可用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優良性能。與金屬材料相比，更能適應嚴酷的環境，可用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等。新型陶瓷高溫結構陶瓷主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實現機械能與電能的相互轉化，可用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等。新型陶瓷壓電陶瓷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，具有優異的光學性能，耐高溫，絕緣性好，可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等。新型陶瓷透明陶瓷氧化鋁陶瓷二氧化鋯納米材料碳納米材料碳納米材料是近年來人們十分關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、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。碳納米材料富勒烯由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱納米王子定義代表C60C60的發現為納米科學提供了重要研究對象，開啟了納米材料研究和應用的新時代碳納米材料碳納米管直達宇宙的太空天梯碳納米管可以看成是由石墨片卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。比表面積大，具有高強度和電學性能，用于生產復合材料，電池、傳感器

碳納米材料石墨烯新材料之王只有一個碳原子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。作為一種強度高用于光電器元件、超級電容器、電池和復合材料等。碳納米材料富勒烯碳納米管由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱,代表物C60開啟了碳納米材料研究和應用的新時代是由石墨片層卷成的管狀物有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低，熱導率高，具有很高的強度。應用于光電器件、超級電容器、電池和