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第三节无机非金属材料
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第2课时 硅酸盐材料
了解硅酸盐的概念，会用氧化物表示硅酸盐的组成
01
学习目标
PART 01
硅酸盐材料
1、无机非金属材料
(1)元素组成：无机非金属材料一般含有 、 元素
一、硅酸盐材料
硅
氧
(2)特点：具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能
(3)物质组成：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如：制作餐具的 、窗户上的 、建筑用的 。
耐高温
抗腐蚀
抗腐蚀
光学
电学
陶瓷
玻璃
水泥
水泥
玻璃
一、硅酸盐材料
2、硅酸盐
(1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分
(2)性质：硅酸盐性质稳定，熔点较高，多数 溶于水
难
(3)硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了 ，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。其结构示意图为
硅氧四面体
一、硅酸盐材料
(4)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成
表示顺序是：活泼金属氧化物
较活泼金属氧化物
二氧化硅 水
但化学式前面的系数不能为分数
书写形式
硅酸盐氧化物形式的改写方法
氧化物顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水
氧化物之间用“·”隔开
化学计量数
实例
钠长石(NaAlSi3O8)不能写成1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2，
应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
配置原则：各元素原子总个数比值符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
一、硅酸盐材料
高岭石 Al2Si2O5(OH)4 表示：
Na2O·SiO2
2MgO·SiO2
镁橄榄石 Mg2SiO4表示：
Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石 KAlSi3O8表示：
例如：硅酸钠 Na2SiO3表示：
钾云母(KH2Al3Si3O12) 表示：
K2O·Al2O3·6SiO2
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
3、最简单的硅酸盐——Na2SiO3
一、硅酸盐材料
(1)俗名： ，水溶液俗称 。
(2)物理性质：白色固体，可溶于水
(3)化学性质
①与酸反应： 。
②与CO2反应： ，
。
(4)用途：①制硅酸；② 黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂
泡花碱
水玻璃
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3
4、传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料
一、硅酸盐材料
硅酸盐产品 水泥 玻璃 陶瓷
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 ——
主要原料 石灰石和粘土 纯碱、石灰石、石英(过量) 黏土
反应原理 复杂的物理 化学变化 复杂的物理
化学变化
主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 Na2O·CaO·6SiO2 ——
特性 水硬性(跟水掺和搅拌后容易凝固变硬) 非晶体，无固定熔点，在一定范围内软化可制成各种形状 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
1、用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　)
A．钙沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O
【对点训练1】
D
一、硅酸盐材料
解析：根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学计量数出现了分数；C中正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；D的写法符合要求。
【对点训练1】
一、硅酸盐材料
2、下列叙述正确的是(　　)
A．硅酸钠是硅酸盐，但不能溶于水
B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐
C．建筑工业常用水玻璃作黏合剂
D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火
C
解析：Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。
3、下列有关硅酸盐的说法中正确的是(　　)
A．硅酸盐中的阴离子都是
B．硅酸盐都难溶于水
C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的
D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂
【对点训练1】
D
一、硅酸盐材料
解析：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。
满足科技发展的需要，应用于高端领域
PART 02
新型陶瓷
二、新型陶瓷
1、新型陶瓷的特点：
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
2、常见的新型陶瓷及特点
(1)碳化硅(SiC)：俗称金刚砂，碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。
碳化硅还耐高温，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
(2)高温结构陶瓷：高温结构陶瓷一般用碳化硅、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、耐腐蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
二、新型陶瓷
(3)压电陶瓷：压电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
(4)透明陶瓷：透明陶瓷主要有氧化铝、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、激光器和高温探测器等
(5)超导陶瓷：超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域
二、新型陶瓷
【对点训练2】
1、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．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
C
二、新型陶瓷
【对点训练2】
2、《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　)
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6
C
解析：“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2。
二、新型陶瓷
【对点训练2】
3、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．陶瓷具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
A
解析：氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，B正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，C正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等特点，D正确。
PART 03
碳纳米材料
三、碳纳米材料
1、碳纳米材料：
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料在 等领域有着广阔的应用前景
能源、信息、医药
2、常见的碳纳米材料
结构特点 应用
富勒烯 由 原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物 开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 由 片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产 、电池和传感器等
石墨烯 只有 碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
碳
C60
石墨
复合材料
一个
分类 名称 性能 主要用途
新型无机非金属材料 晶体硅 导电性介于导体与绝缘体之间 半导体材料、计算机芯片、太阳能电池等
二氧化硅 性质稳定、透光性好 光导纤维、玻璃仪器、装饰品等
新型陶瓷 分别具有光学、热学、电学、磁学等方面的特性 分别用于激光、火箭发动机、压电陶瓷（点火器）、磁悬浮技术、人工关节等
石墨烯 电阻率低、热导率高、强度大 光电器件、超级电容、电池、复合材料等
碳纳米管 比表面积大、电学性能好、强度大 传感器、电池、复合材料等
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