5.3.2 硅酸盐材料（讲义）-2023-2024学年高一化学同步精讲讲义（人教版2019必修第二册）

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·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 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·3SiO2·3H2O B．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·SiO2 C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2 D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O 2、下列叙述正确的是