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第五章
第三节 无机非金属材料
化工生产中的重要非金属元素
材料
金属材料
无机非金属材料
有机高分子材料
天然有机高分子材料
合成有机高分子材料
材料的分类：
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
PART 01
传统无机非金属材料
——硅酸盐材料
01
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
一、硅酸盐
1.定义
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，Na2SiO3是最简单的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，有很强的黏合性，常用作木材、纺织品的防腐剂、防火剂。
2.结构
在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为2个四面体所共有。
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
一、硅酸盐
3.性质
大多数难溶于水、硬度高 、耐高温、 耐腐蚀、化学性质稳定；少数可溶，如Na2SiO3，K2SiO3等。
4.表示方法
①化学式法
Na2SiO3，K2SiO3
②氧化物法
比较复杂的硅酸盐一般用氧化物的形式表示
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
一、硅酸盐
菱沸石：Ca[Al2Si4O12]·6H2O
氧化物形式：CaO·Al2O3·4SiO2·6H2O
书写规则：活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·SiO2·H2O
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
一、硅酸盐
例1.将以下硅酸盐改写为氧化物的形式：
石棉：CaMg3Si4O12
钙铁辉石：CaFeSi2O4(OH)4
长石：KAlSi3O8
CaO·3MgO·4SiO2
CaO·FeO·2SiO2·2H2O
K2O·Al2O3·6SiO2
01
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
陶瓷 玻璃 水泥
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
1.陶瓷
①生产：
②应用
以黏土（含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成。
用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
1.陶瓷
01
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
2.玻璃
①生产
以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分为SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。
主要反应：
CaCO3 + SiO2 ══ CaSiO3 + CO2↑
Na2CO3 + SiO2 ══ Na2SiO3 + CO2↑
高温
高温
01
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
2.玻璃
②成分
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
③特点
玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点。
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
2.玻璃
④应用
用于生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维。
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传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
3.水泥
①生产：
②应用
以黏土和石灰石为主要原料，与其他辅料混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得到普通水泥。
大量用于建筑和水利工程。
01
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
二、硅酸盐材料
3.水泥
PART 02
新型无机非金属材料
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
①硅元素
硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，地壳中含量排在第二位。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。
②单质硅的物理性质
灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，质地较脆。
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，质地较脆。
②单质硅的物理性质
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
②单质硅的化学性质
与非金属单质反应
与氧气：Si + O2 ══ SiO2
△
与氯气：Si + 2Cl2 ══ SiCl4
△
与氯气：Si + 2F2 ══ SiF4
与碳单质：Si + C ══ SiC
高温
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
②单质硅的化学性质
与碱反应：
Si + 2NaOH + H2O ══ Na2SiO3 + 2H2↑
与氢氟酸反应：
Si + 4HF ══ SiF4 + 2H2↑
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新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
③硅的用途
硅是应用最为广泛的半导体材料，是信息技术的基石。
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
③高纯硅的制备
主要反应：
SiO2 + 2C ═════ Si + 2CO↑
1800~2000℃
Si + 3HCl ═══ SiHCl3 + H2
300℃
SiHCl3 + H2 ═══ Si + 3HCl
1100℃
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新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
1.硅
SiO2 + 2C ═════ Si + 2CO↑
1800~2000℃
思考：该反应能否说明非金属性C>Si
不能，因为在该反应中，C作还原剂
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
①存在形式
水晶 玛瑙
硅藻土
结晶形（石英晶体）
无定形
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新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
②物理性质
纯净的二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆性、难溶于水的无色透明固体。
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
③化学性质
二氧化硅是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，但不能与水反应生成酸。
SiO2 + 2NaOH ══ Na2SiO3 + H2O
SiO2 + CaO ══ CaSiO3
高温
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
③化学性质
CaCO3 + SiO2 ══ CaSiO3 + CO2↑
Na2CO3 + SiO2 ══ Na2SiO3 + CO2↑
高温
高温
生产玻璃：
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
③化学性质
工业制粗硅：
SiO2 + 2C ═════ Si + 2CO↑
1800~2000℃
与氢氟酸反应：
SiO2 + 4HF ══ SiF4↑ + 2H2O
利用二氧化硅与氢氟酸反应可以在玻璃上雕刻图案。
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新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
有关氢氟酸的说明：
①氢氟酸是弱酸，但具有极强烈的腐蚀性，使用时要做好充分的防护。
②由于氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅反应，因此，不能用玻璃容器盛装氢氟酸，氢氟酸一般盛装在塑料容器中。
思考：二氧化硅能与氢氧化钠反应，也能与氢氟酸反应，它是不是两性氧化物？
不是
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
2.二氧化硅
④用途
02
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
高频考点（易混淆）：
单质硅的用途是半导体材料，用于集成电路、芯片、太阳能电池等。
二氧化硅的用途是光导纤维。
02
新型无机非金属材料
二、新型陶瓷
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、磁学等方面有很多新的特性和功能。
碳化硅陶瓷
碳化硅（俗称金刚砂）
的微观结构
02
新型无机非金属材料
二、新型陶瓷
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、磁学等方面有很多新的特性和功能。
氮化硅陶瓷 氧化铝陶瓷
02
新型无机非金属材料
三、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，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，它们都是碳的同素异形体。
02
新型无机非金属材料
三、碳纳米材料
富勒烯 笼型分子的总称，如C60 开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 石墨片层卷成的管状物，比表面积大 电学性能优良，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，具有很高的强度
PART 03
课堂总结
03
课堂总结
这堂课学到了什么？
①传统无机非金属材料——硅酸盐材料。
②硅和二氧化硅的性质。
③新型陶瓷和碳纳米材料。

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