5.3.2硅酸盐材料（原卷版）

第三节无机非金属材料（2）硅酸盐材料【学习目标】1、了解硅酸盐的概念，会用氧化物表示硅酸盐的组成一、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硅、氧元素(2)特点：具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能(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。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(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(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例如：硅酸钠Na2SiO3 表示：镁橄榄石 Mg2SiO4 表示：；； 高岭石Al2Si2O5(OH)4表示：正长石 KAlSi3O8 表示：；钾云母(KH2Al3Si3O12)表示：。3、最简单的硅酸盐——Na2SiO3(1)俗名：泡花碱，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4、传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等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·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Na2O·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(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能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景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复合材料、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【对点训练1】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·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·eq\f(1,2)SiO2C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O2、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SiOeq\o\al(2－,3)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·2SiO2B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于63、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【课后作业】1、国际上已禁止民用产品使用石棉制品，避免吸入石棉纤维而诱发肺病。某石棉(硅酸盐)的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22(OH)2，式中的x、y的值分别为()A．8,3B．5,8C．3,8D．8,52、下列有关普通玻璃的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起3、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。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是()A．玛瑙B．光导纤维C．太阳能电池D．水晶4、宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是()A．它耐高温、抗氧化B．它比钢铁轻，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料5、金华市博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)。下列说法不正确的是()A．古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B．普通玻璃的主要成分是SiO2C．工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石D．婺州窑胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O6、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()A．水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不受腐蚀B．水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维D．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料7、硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶28、青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A．青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被还原9、现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是()A．纯水B．盐酸C．硝酸银溶液 D．碳酸钠溶液10、下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是()A．硅可用于制造光导纤维B．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C．可用反应Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(胶体)制取硅酸D．SiO2既能与HF反应又能与强碱反应，所以SiO2是两性氧化物11、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，其反应方程式为______________(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＋SiO2eq\o(=,\s\up9(高温))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________________________________________12、氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物①该反应的化学方程式为____________________________________________________②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________________________________________13、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)SiO2是玻璃的成分之一，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(2)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途为可作________的原料(3)工业上常用2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑制备粗硅，该反应中有元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________14、用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去)：(1)装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________________(2)反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_______________________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________(3)为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及______________