5.3无机非金属材料 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第三节 无机非金属材料 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中 Si 和 O 构成了硅氧四面体 每个 Si 结合 4 个 O， Si 在中心，O 在四面体的 4 个顶角 许多四面体通过顶角的O相互连接 每个 O 为两个四面体所共有，与 2 个 Si 相结合 硅酸盐材料大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等 传统非金属材料多为硅酸盐材料，以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。 水泥 陶瓷 玻璃 1.陶瓷（China） 土与火的完美结合 陶瓷的种类很多，主要分为土器、陶器、炻器、瓷器。 原料： 黏土 ( 含水的铝硅酸盐 ) 条件： 用途： 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 高温烧结 性质： 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。 传统陶瓷的应用： 日用器皿 卫生洁具 2.玻璃 沙与火的淬炼 透光性好、硬度大、无固定熔点 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 高温熔融，复杂的物理和化学变化 SiO2+CaCO3=== CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=== Na2SiO3+CO2 高温 高温 原料： 设备： 条件： 主要反应： SiO2 硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅 主要成分： 建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等 用途： 3.水泥 黏土、石灰石 原料 设备： 水泥回转窑 条件： 高温煅烧，发生复杂的物理和化学变化 主要成分： 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等 用途： 辅料石膏调节水泥硬化速率 建筑材料 水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物 混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物 万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。 水泥   陶瓷 玻璃 水泥 主要原料 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2） 黏土、石灰石 主要成分 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等 反应原理 高温烧结而成 高温下发生复杂的物理和化学变化 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 制混凝土，大量用于建筑和水利工程 1.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.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 A 二、最简单的硅酸盐——硅酸钠 Na2SiO3，俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，有很强的黏合性。 与酸反应： Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+ H2SiO3↓ Na2SiO3+2H2O+CO2(过量）= 2NaHCO3+H2SiO3↓ Na2SiO3+H2O+CO2(少量） = Na2CO3+H2SiO3↓ 硅酸钠的用途：①制硅酸； ②黏合剂(矿物胶)； ③耐火阻燃材料； ④防腐剂 硅酸盐的表示方法 1.直接用化学式 Na2SiO3、CaSiO3 2.复杂的用氧化物形式表示 黏土：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石：KAlSi3O8 K2O·Al2O3·6SiO2 H2SiO3：白色沉淀，不溶于水的弱酸，酸性比碳酸弱，受热易分解 三、高中唯一的难溶弱酸——硅酸 H2SiO3 H2O+SiO2 溶液中生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动），当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。 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。 硅酸 聚合 硅酸凝胶 干燥脱水 硅酸干凝胶 “硅胶” 硅胶的用途： 食品、药品的干燥剂 催化剂的载体 四、硅单质——芯片的主体 1、存在形式 { 晶体硅 无定形硅 灰黑色晶体，有金属光泽，熔点高 硅是一种亲氧元素，在自然界中没有游离态，一般以SiO2或硅酸盐的形式存在。 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最广泛的半导体材料。 晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。 2、高纯硅制备 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 1800 ~ 2000℃ 焦炭 300℃ HCl 1100℃