1、第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥知识梳理知识梳理产品产品原料原料主要成分主要成分应用应用陶瓷陶瓷_(含水的铝硅酸盐)玻璃玻璃普通玻璃：水泥水泥黏土生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和SiO2生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料黏土和石灰石以及其他辅料大量用于建筑和水利工程思考：生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生产过程中发生了怎样的反应？
2、试写出反应的化学方程式。SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2高温高温为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。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高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。（一）硅（一）硅和二氧化硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画
3、出其原子结构示意图，并与碳原子比较。二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料1硅硅处于金属与非金属的过渡位置半导体材料硅的原子结构硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si+148 42 +642C硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位。通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式？思考交流硅的存在形式硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。（2）硅的制备a. SiO2+2C = S
4、i+2CO (粗硅)高温b. Si+3HCl = SiHCl3+H2高温c. SiHCl3+H2 = Si+3HCl（高纯硅）高温若C过量： SiO2+3C = SiC + 2CO 高温碳化硅(俗名：金刚砂)工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅提纯如何制备高纯度的硅？工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。（3）晶体硅的用途集成电路 晶体管Si导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，是信息技术的关键材料。硅太阳能电池电脑中央处理
5、器（CPU）价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙 成金从沙滩到用户SiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定2二氧化硅二氧化硅（1）二氧化硅（ SiO2）的晶体结构物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。（2）二氧化硅（ SiO2）存在形式结晶形（石英晶体）无定形硅藻土水晶玛瑙二氧化硅的存在（3）二氧化硅的用途SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维（通信）石英坩埚玻璃仪器精美瓷器雕刻玻璃，你会吗？SiO24HF = SiF42H2O 实验
6、室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！1实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O思考交流2某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确?不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考交流酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 + CaO = CaSiO3 高温与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2Na
7、OH = Na2SiO3 +H2O与HF的反应（ SiO2的特性）SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不与水反应与某些盐的反应 SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高温（3）二氧化硅的化学性质（二）新型（二）新型陶瓷陶瓷结构性能高温抗氧化性能碳原子和硅原子通过共价键连接硬度大砂纸和砂轮的磨料耐高温结构材料耐高温半导体材料碳化硅陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用
8、于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。高温结构陶瓷压电陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。透明陶瓷超导陶瓷（三）碳（三）碳纳米材料纳米材料碳纳米材料碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代是由石墨片层卷成的管状物有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低，热导率高，具有很高的
9、强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面课堂总结课堂总结1地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ）A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬2要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸 D.苛性钠溶液BB当堂检测当堂检测3下列关于无机非金属材料的说法中正确的是（ ）A.传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D.传统无机非金
10、属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐【解析】A项中，光导纤维是新型无机非金属材料；B项中，强度比较差是错误的；D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。C4硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。 A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_ (填物质名称)来雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。 (4)工业上常利用反应2C+SiO2 = Si+2CO制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。 高温DSiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O氢氟酸防火剂CSiO2【解析】(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。(4)题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中+4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
