化学必修一4.1《无机非金属材料的主角-硅》实用授课教学课件

1、三.硅酸(H2SiO3) 硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。 硅酸(H2SiO3) 实验1:向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸现象结论方程式 滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透明的硅酸凝胶产生 Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl = H2SiO3+2NaCl思考：怎样由石英制取硅酸？实验2：将CO2通入Na2SiO3溶液中现象：有白色胶状沉淀生成方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱 硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。是一种常用的干燥剂（1）硅

2、酸的制备Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2）硅酸的性质 不稳定性 弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加热Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）硅胶(SiO2）制备：H2SiO3 硅酸凝胶 硅酸干凝胶 “硅胶”用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）A.溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：SiO2 CO2（干冰） D.硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物质中,不能用

3、玻璃瓶来盛装的是（ ）A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸 D.碳酸钠溶液 C3、要除去SiO2中的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B四、硅酸盐硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 2.硅酸盐的表示方法： 化学式法：氧化物法：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙： CaO SiO2多数不溶于水书写规则：金属氧化物写在最前面，然后写二氧化硅，最后写水，而且氧化物之间用“.”隔开硅酸钠：Na2SiO3可以写成Na2O SiO2高岭石：Al2(Si2O5

4、)(OH)4钠长石:NaAlSi3O8正长石:KAlSi3O8Al2O3 2SiO2 2H2ONa2O Al2O3 6SiO2K2O Al2O3 6SiO2高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土： Al2O3 2SiO2 2H2O最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液俗称为水玻璃，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、

5、木材防火剂等 。3.硅酸钠（Na2SiO3）关于硅酸盐说明：1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称泡花碱；它的水溶液俗称水玻璃，是一种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：水玻璃可保存玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl + Na2SiO3 + H2O = H4SiO4+ 2NaClH4SiO4 H2SiO3 SiO2常温分解受热分解无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃五、硅酸盐工业硅酸盐材料结构特点：都含有硅氧四面体 SiO44的稳定结构特性： 稳定性强，硬度高，熔点高，难溶于水，绝缘，耐腐蚀等t 水泥是一种非常重要

6、的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。1.水泥（1）原料：石灰石，黏土，石膏（2）主要成分硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3（3）特性：水硬性，吸水性强（4）生产过程：两磨、一烧。研磨煅烧再磨成细粉；（5）钢筋混凝土混凝土：水泥，沙子，碎石钢筋（6）水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：水泥砂浆：中国水泥工业明天更美好 我国水泥工业已经历了100多年的历史。旧中国的水泥工业在漫长的20世纪前50年内，步履维艰，发展缓慢，只有在新中国诞生以后，水泥工业才走一了健康发展之路。 建国后50年，水

7、泥工业发生了翻天覆地的变化，尤其是1979年改革开放以来，随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，水泥工业得到迅速发展，产量和质量都有有了很大提高。 水泥产量自1979年到1999年增长了7.倍，20年间我国水泥产量平均增长达11.08，水泥产量自1995年以来一直居全世界首位。其中1999年我国水泥产量占世界的3716。 我国水泥总产量虽高，但由于人口多，所以人均产量很低。如在90年代中期，意大利、西班牙、德国、法国、美国、日本、韩国人均产量（千克）分别为584、630、434、320、339、654、1318，同期我国为412千克。从1994年至1999年，我国人均消费（千克）分别为35

8、2、399、412、428、435、472。 我国现有水泥企业8000多家，上次许可证发证企业7400家左右，而20万吨以上的企业不足10，全国水泥企业平均规模不到10万吨，与世界其它国家相经差距极大。 水泥工业原料设备生产过程反应条件水泥成分水泥应用硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙石灰石、粘土、辅助原料水 泥 回 转 窑高温生料熟料建筑粘合剂水泥工业展望2、玻璃：生产过程： 纯碱、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高温 高温 玻璃的生产原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2OCa

9、O6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。 玻璃的性能：主要化学反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温设问这两个反应是否违反了复分解反应规律？ 复分解反应规律仅适用于溶液，不能套用于高温条件下的反应。玻璃 没有固定的熔点。 没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。）实例特性定义玻璃态物质几种常见玻璃简介普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色蓝玻璃红玻璃化学仪器玻璃如试管等光学仪器玻璃如放大镜钢化玻璃光纤玻璃光导纤维：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之

10、父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达2050Km，保密性能好。 在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。 把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎。（5）特种玻璃 中国玻璃硅质原料资源非常丰富，主要包括玻璃用石英岩、石英砂岩、石英砂和脉石英等类矿产。全国26个省(区)有189个矿区，总保有储量38亿吨。就地区分布看，玻璃用石英岩以青海为最，占全国总储量的42.4%；石英砂以海南为最多；玻璃用石英砂岩山东则居首位。主要矿区有青海大通、河北滦县雷庄、内蒙古甘族卡、辽宁本溪、

11、河南渑池、福建东山、广西北海、海南文昌等地硅质原料矿。就矿床成因类型分，以沉积变质石英岩、沉积石英砂岩和海相沉积石英砂为主，热液型石英脉不具重要意义。玻璃硅质原料自太古宙到新生代均有形成。资料3、陶瓷： 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。家用陶瓷江苏宜兴，有陶都之称。3.陶瓷（1）主要原料：黏土 Al2O32SiO22H2O（2）釉料金属及其化合物使陶瓷表面光滑，不渗水，具有丰富的色彩。（3）特性：抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，易成形。钧瓷隋带烧制的三彩陶骆驼瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA

12、”用同一字母拼音表示。江西景德镇。 江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。” 我国素有“瓷都”之称的地方 江西景德镇所烧制的瓷器陶 瓷 陶瓷工业发展更加 迅速，各种新型陶瓷不断问世，美国“哥伦比亚”号航天飞机的外壳，就是铺砌了3.2万块这样的金属陶瓷耐热片。用新型陶瓷材料代替金属材料制发动机，1990年我国第一台无水冷发电机试车成功。这是继美、日之后，国际上仅有的几次试验之一。专家们预言：随着新陶瓷技术的发展，人类将“重返”“石器时代，不过是一个全新的石器时代。”(一)什么是无机非金属材料 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进步的里程碑。无机非金属材料指某

13、些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。六.无机非金属材料1、材料2、材料的几种分类方法(1)按化学组成和特性分无机非金属材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维(2)按用途分结构材料：利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。3、生活中的无机非金属材料玻璃、水泥、陶瓷石英钟表手表上的“19钻”(人造红宝石轴承

14、的数目)玻璃刀（金刚砂）金刚石钻头彩电（荧光材料）煤气炉中的电子打火(压电陶瓷)海底电缆（光导纤维）电脑的CPU（单晶硅）隐形飞机（特殊光学材料）4 新型无机非金属材料：(一）新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质； （3）具有光学性质； （4）具有生物功能；(二)、几种典型的新型无机非金属材料1、结构材料高温结构陶瓷高温结构材料与金属材料的性能比较： 高温结构材料:耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。 金属材料： 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 (1)氧化铝陶瓷:熔点高 、硬度大、透明、耐高温 (2)氮化硅陶瓷: 超硬度，耐磨损；抗腐蚀，高温时也抗氧

15、化；抗冷热冲击而不碎裂；耐高温且不易传热；本身具有润滑性 (3)人造宝石:红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。1 结构材料高温结构陶瓷：(1)氧化铝陶瓷(人造刚玉)：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品 高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。高压钠灯透明氧化铝陶瓷注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温

16、钠蒸气（1400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。用高温结构陶瓷做的发动机叶片光导纤维（二氧化硅）主要特性抗干扰性能好，不发生辐射；通讯质量好；质量轻、耐腐蚀主要用途 除用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的“基石”(1)光导纤维的特点和用途：2、功能材料光导纤维（光纤）光 纤 光 缆 普 通 电 缆 信息量大,每根光纤理论上可同时通过10亿路电话 8管同轴电缆每条通话1800路 原料来源广(石英玻璃),节约有色金属 资源较少 质量小,每公里27 g,不怕腐蚀,铺设方便 每公里1.6 t 成本低,每公

17、里1万元左右 每公里20万元 性能好,抗电磁干扰保密性强,能防窃听,不发生电辐射 (2)光纤光缆与普通电缆比较 (三)、其他新型无机非金属材料简介（1）金刚石:金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业（2）足球烯: C60由于其结构的特殊性，使它在超导、磁性、光学、催化等方面表现出优异的性能。又叫“富勒烯”。（3）纳米材料:纳米材料指的是微粒直径在10-710-9m级的材料，它具有奇特的光、电、磁、热、力和化学性质。（4）智能材料:智能材料既能像 人的五官那样感知客观世界，又能主动对外做功，发射声波、辐射电磁波或热能，甚至能促进化学反应和改变颜色等类似有生命物质 的智慧反应。 （5）生物材料:生物材料的目标是对人体组织的矫形、修复、再造以维持其原有的功能。生物材料除了应具有人体的组织或器官的功能外，还必须有与人体组织的相容性，对肌体无免疫排异反应，血液相溶性好，无溶血、凝血反应（如人造血），不会引起代谢作用异常现象，对人体无毒、不致癌。（6）超导材料:超导材料是一类在低温下（23.2K或更低温度下）电阻可以完全消失的材料。永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。敢于浪费哪怕一个钟头时间的人，说明他还不懂得珍惜生命的全部价值。达尔文我不去想是否能够成功，既然选了