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

無機非金屬材料一般含有

元素，具有

、

、

等特點，以及特殊的

、

等性能。1．硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了

，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。其結構示意圖為:硅、氧耐高溫抗腐蝕硬度高光學電學硅氧四面體硅氧四面體的結構示意圖硅酸鹽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：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具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。（3）硅酸鹽的性質：（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。傳統無機非金屬材料

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：高溫燒結瓷都新石器時代就能燒制唐宋時期達到鼎盛：傳統無機非金屬材料玻璃原料：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，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反應條件：高溫熔融反應方程式：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑制造玻璃纖維、用于高強度復合材料等傳統無機非金屬材料加入元素或物質

玻璃特性

用途含鉛原料光學玻璃:透光性好,折射率高制造眼鏡、照相機和光學儀器的透鏡硼酸鹽耐化學腐蝕、耐溫度急劇變化制造可用于實驗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

傳統無機非金屬材料

水泥原料：工業設備：黏土、石灰石、石膏水泥回轉窯混凝土：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新型無機非金屬材料

隨著科學技術的發展，無機非金屬材料突破了傳統的硅酸鹽體系，一系列新型無機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，具有特殊的光學和電學性能。（2）含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫療等領域廣泛應用。1．硅(1)硅元素的存在與結構存在原子結構示意圖周期表中位置含量存在形態地殼中居第

位

新型無機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，是應用最廣泛的半導體材料。新型無機非金屬材料(2)硅單質灰黑色、具有金屬光澤的固體半導體材料,用于集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池等新型無機非金屬材料(3)硅的工業制備SiO2+2C=============Si+2CO↑1800~2000℃Si+3HCl=======

SiHCl3+H2↑300℃SiHCl3+H2

========

Si+3HCl1100℃新型無機非金屬材料2．二氧化硅⑴存在形式硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結晶形：無定形：統稱硅石空間構型：硅氧四面體熔沸點高、硬度大、不溶于水⑵物理性質(3)用途光導纖維、石英坩堝、建筑材料、電器部件新型無機非金屬材料SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O(4)化學性質①與HF反應——唯一能與SiO2反應的酸用途：刻蝕玻璃②酸性氧化物SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O====Na2SiO3高溫與強堿溶液反應：與堿性氧化物反應：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SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫工業生產玻璃原理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酸反應又能和NaOH反應，所以它是兩性氧化物？錯。因為SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O，生成的SiF4不屬于鹽。4、如何除去SiO2中混有的CaO雜質？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權的高性能CPU芯片——“龍芯”1號。(1)“龍芯”1號(芯片)的主要化學成分是________。(2)互聯網使用的數據傳輸材料叫________，主要化學成分是________。(3)秦兵馬俑制品的主要生產原料是________，主要成分為________。硅光導纖維二氧化硅黏土硅酸鹽課堂鞏固新型無機非金屬材料3.新型陶瓷碳原子和硅原子通過共價鍵連接結構：性能砂紙和砂輪的磨料高溫抗氧化性能硬度大耐高溫結構材料耐高溫半導體材料新型陶瓷在組成上不再限于傳統的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學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。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。壓電陶瓷新型無機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。透明陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導性，用于電力、交通、醫療等領域。超導陶瓷新型無機非金屬材料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。

富勒烯是由碳原子構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的發現為納米科學提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應用的新時代。富勒烯新型無機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。比表面積是指單位質量物料所具有的總面積。新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料石墨烯

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。作為一種具有優異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入。課堂總結一、傳統無機非金屬材料——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、新型無機非金屬材料（3）碳納