1、第五章第五章 化工生产中的重要非金属元素化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料第三节无机非金属材料1.1.无机非金属材料无机非金属材料从组成上看，许多无机非金属材料多含 、 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料硅氧耐高温抗腐蚀硬度高光学电学2.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si。四面体42(2)硅酸盐的特性硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度 、 溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。高难3 3、陶瓷：人类应用最早的硅酸盐材料
2、、陶瓷：人类应用最早的硅酸盐材料原料：黏土原料：黏土陶瓷性质陶瓷性质 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。4 4、玻璃、玻璃生产过程：生产过程： 纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。 NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3 +SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3 + CO + CO2 2高温高温 高温高温 玻璃的生产原料：玻璃的生产原料：设备设备：玻璃熔炉玻璃熔炉普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaS
3、iOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2组成的混合物。组成的混合物。玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。 玻璃的性能：玻璃的性能： 水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。5 5、水泥、水泥原料：粘土、石灰石原料：粘土、石灰石水泥主要成分：水泥主要成分：硅酸三钙：硅酸三钙：3CaO3CaO SiOSiO2 2硅酸二钙硅酸二钙: 2CaO: 2CaO SiOSiO2 2铝酸三钙铝酸三钙: 3CaO: 3CaO AlAl2 2O O3 3设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑水泥的性能：水硬性水泥的性能：水硬性6.常见的硅酸盐材料对
4、比陶瓷普通玻璃普通水泥原料_主要原料：_，辅助原料：适量的石膏设备陶瓷窑_主要成分含水的铝硅酸盐硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窑水泥回转窑存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第 位 _1.1.硅硅(1)硅的存在与结构二氧化物和硅酸盐第三周期A族二、新型无机非金属材
5、料二、新型无机非金属材料 岩石岩石沙子沙子土壤土壤（1）硅在自然界中只有化合态，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。（2）硅的同素异形体：晶体硅和无定形硅（2）物理性质结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。颜色颜色状态状态硬度硬度 熔沸点熔沸点导电性导电性灰黑色、有金属光泽固体大高介于导体和绝缘体之间（2）物理性质（3）化学性质a.a.常温下，化学性质稳定，只与强碱、氢氟酸、氟气常温下，化学性质稳定，只与强碱、氢氟酸、氟气 反应反应Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O = NaO = Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2FSi+2F2 2 = Si
6、F = SiF4 4Si+4HF = SiFSi+4HF = SiF4 4+2H+2H2 2硅单质的特性，其他非金属不具有该性质。b.b.加热时能与某些非金属单质反应加热时能与某些非金属单质反应 Si+O Si+O2 2=SiO=SiO2 2高温Si+2ClSi+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 4Si+2HSi+2H2 2 = SiH= SiH4 4( (不稳定在空气中自燃) )（4 4）硅的制备）硅的制备SiOSiO2 2 +2C=Si+2C=Si( (粗硅) ) +2+2COCO 高温b.b.提纯提纯Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4高温SiClSiCl4
7、4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温（高纯硅）a.a.制备制备（5 5）用途）用途太阳能电池芯片大规模集成电路硅合金2.2.二氧化硅二氧化硅（1 1）二氧化硅的存在）二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形无定形在自然界主要存在于水晶、石英和沙子等物质中纯净的二氧化硅俗称水晶（2 2） 物理性质物理性质颜色颜色熔点熔点硬度硬度溶解性溶解性导电性导电性无色高大不溶于水不导电SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 与烧碱溶液反应 SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2OSiO2+CaO = CaSiO3 高温a.酸性氧化物
8、与碱性氧化物反应（3 3）SiOSiO2 2的化学性质的化学性质实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？什么吗？防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘稠溶液反应生成粘稠的的NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。b.与碳酸盐反应SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3 = CO= CO2 2+Na+Na2 2SiOSiO3 3高温SiOSiO2 2+CaCO+CaCO3 3 = CO= CO2 2+CaSiO+CaSiO
9、3 3高温d.不与酸反应（除氢氟酸以外）SiOSiO2 2 + 4HF = SiF+ 4HF = SiF4 4+ 2H+ 2H2 2O Oc.弱氧化性SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO高温与氢氟酸反应用于刻蚀玻与氢氟酸反应用于刻蚀玻璃，因与玻璃反应故氢氟璃，因与玻璃反应故氢氟酸保存在塑料容器内酸保存在塑料容器内( (4 4) )二氧化硅的用途二氧化硅的用途注意：注意：硅和二氧化硅的用途易混淆硅和二氧化硅的用途易混淆制造制造光导纤维光导纤维和石英表中的和石英表中的压电材料压电材料水晶：制造水晶：制造电子部件电子部件和和光学仪器光学仪器3 3、新型陶瓷：、新型陶瓷：
10、高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：氮化硅氮化硅SiSi3 3N N4 4 碳化硅碳化硅SiCSiC，俗名金刚砂，俗名金刚砂生物陶瓷：生物陶瓷：AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2压电陶瓷：压电陶瓷：钛酸钡钛酸钡BaTiOBaTiO3 3、钛酸铅、钛酸铅PbTiOPbTiO3 33.新型陶瓷新型材料成分性能主要应用金刚砂_硬度 、耐_、抗氧化磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料高温结构陶瓷碳化硅、氮化硅、金属氧化物耐 、抗氧化、耐_用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等能实现 能和 能的相互转化用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等碳化硅(SiC)大温高高
11、温腐蚀机械电透明陶瓷氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷具有优异的光学性能、耐高温、 好用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷临界温度下具有超导性用于电力、交通、医疗等领域绝缘性4.碳纳米材料 概念性能用途富勒烯由 构成的一系列笼形分子的总称，如_制碳纳米材料碳纳米管由 卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，有相当高的 和优良的 性能生产复合材料、电池和传感器等石墨烯 厚度的单层石墨电阻率 、热导率 ，具有很高的强度在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究在不断深入碳原子C60石墨片层强度电学只有一个碳原子直径低高1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的
12、是（ ）A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料B B随堂演练2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质D D3.(2019全国卷，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是 ( )A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点A A
