5.3.1 硅酸盐材料 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第三节 无机非金属材料 5.3.1 硅酸盐材料 【学习目标】 1.了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途， 2.了解普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸材料在生活中的重要作用。 【情景引入】 你知道这些用到了哪些材料吗？ 兵马俑 大剧院 珠港澳大桥 新石器时代 已能烧制陶器 公元前4500年 玻璃的诞生 1824年水泥的诞生 一、材料的分类 1、按照化学组成和特性来分： 材料 金属材料： 无机非金属材料： 高分子材料： 复合材料： 纯金属和合金 传统和新型 纤维、橡胶、树脂、塑料 由两种或两种以上的材料按照一定的方式组成的材料。 【活动】阅读教材，讨论按不同的标准，材料可以分为哪些类型？ 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 无机非金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 晶体硅 二氧化硅 碳纳米材料 新型陶瓷 （多为硅酸盐材料） 一、材料的分类 2、按照材料在生产生活中的应用来分： 【思考】阅读教材，回答下面的问题 1、什么是传统的硅酸盐材料？其结构如何？有何性质？ 2、传统的无机非金属材料都有哪些？ 3、玻璃、水泥、陶瓷制取的原料是否相同，原理有何 异同，各自都有什么用途？ 二、传统无机非金属材料---硅酸盐材料 1.定义： 2.结构： 3.性质： 由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。 硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 陶瓷 玻璃 水泥 在硅酸盐中，Si 和O构成了硅氧四面体[SiO4]，每个Si 结合4 个O，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。 【思考】为何硅元素在自然界中以二氧化硅和硅酸盐形式存在? 稳定的硅氧四面体 Si和O构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，许多这样的四面体通过顶角的O相互连接，即每个Si结合4个O，每个O结合2个Si。 二氧化硅 硅酸盐 共价键 共价键 离子键 硬度大熔点高 耐磨、耐高温 硅+4价 硅+4价 无还原性 抗腐蚀、抗氧化 三、传统的无机非金属材料的类型 1. 陶瓷 ①原料： ②条件： ③主要设备： ④性能： ⑤用途： 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 高温烧结 复杂的物理、化学变化 陶瓷窑 图5-19 我国古代 烧制的精美瓷器 熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 建筑装饰材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具 ①原料： ②条件： ③普通玻璃主要成分： ④主要设备： ⑤性能： ⑥用途： 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 高温熔融 复杂的物理、化学变化 高温 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 高温 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 玻璃窑 非晶体，无固定的熔点，加热可软化塑形 建筑材料、光学仪器、器皿、玻璃纤维 三、传统的无机非金属材料的类型 2. 玻璃 资料卡片 生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好，折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。 含铅的光学玻璃 加入硼酸盐的玻璃仪器 加入金属氧化物的彩色玻璃 [科学视野】特殊玻璃 光学玻璃：额外含铅(Pb)；制光学眼镜、相机透镜 有色玻璃：额外加有色金属氧化物；eg,蓝色-Co2O3，红色-Cu2O 含硼玻璃：额外加硼酸盐；耐化学腐蚀、温度急变，制玻璃仪器 钢化玻璃：普通玻璃加热软化，然后急速冷却 钢化玻璃 光学玻璃 加入硼酸盐的玻璃仪器 有色玻璃 变色玻璃：额外加AgBr 光 2AgBr==2Ag+Br2 石英玻璃管 亚克力板 (有机玻璃) 虽然叫“玻璃”但不是硅酸盐 聚甲基丙烯酸甲酯 结晶SiO2 ①主要原料： ②反应条件： ③主要设备： ④生产过程： ⑤主要成分： ⑥主要用途: 石灰石，黏土（含水的铝硅酸盐） 煅烧 水泥回转窑 原料 研磨 混合 煅烧 (回转窑) 成品 加入石膏 生料 熟料 调节水泥的硬化速度 硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2)、铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等 建筑、修路。如:水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土。 三、传统的无机非金属材料的类型 3. 水泥 水泥 ①水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了 原有的性质,因而变硬的水泥不能使用。 ②水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应 会放出CO2。 关于水泥的认识 【科学视野】硅酸盐的丰富性和多样性 由于铝与硅在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近，＋3价的铝常或多或少地置换硅酸盐中＋4价的硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐品种的多样性和结构的复杂性，同时也为应用硅酸盐材料提供了更广阔的选择。硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体。土壤胶体粒子表面积巨大且带负电，能与NH4+、K＋等数十种生物所需的营养离子相互作用，使土壤具有保肥能力。这是大自然对人类及地球生物的馈赠，我们应该爱护大地母亲。保持土壤的良好结构和化学成分，就是保证农业、牧业和林业持续发展的基础。 主要原料 主要设备 主要成分 陶瓷 玻璃 水泥 黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土、石灰石 玻璃窑 水泥回转窑 硅酸盐 Na2SiO3、SiO2、CaSiO3 硅酸盐 陶瓷窑 黏土的主要成分为 ， 石英砂的主要成分是 。 含水的铝硅酸盐 SiO2 【思考】结合玻璃生产的原料和成分分析，烧制玻璃发生了怎样的反应？ 发生了复杂的物理、化学变化，主要反应： Na2CO3+SiO2=== Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2=== CaSiO3+CO2↑ 高温 高温 能证明硅酸的酸性强于碳酸吗？ 高沸点 制低沸点 注意：①玻璃是无固定熔沸点，在一定温度范围内会软化。 ②调节水泥的硬化速度是加入适量石膏。 【活动】找出三大硅酸盐材料的原料、工艺设备和成分，归纳填写表格 知识拓展——硅酸和硅酸盐 四、硅酸 1.物理性质：不溶于水的白色固体 (1)弱酸性：酸性 H2SiO3 < H2CO3 2.化学性质： 注意：硅酸不能使紫色石蕊变红 (2)易分解 H2SiO3= SiO2+H2O (3)与碱缓慢反应 H2SiO3+2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O 3.实验室制法： Na2SiO3+2HCl = H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O = H2SiO3↓+Na2CO3 硅酸浓度小时形成硅酸溶胶，干燥脱水形成硅酸干胶，称为“硅胶”。 常做干燥剂。 硅胶 加入氯化钴CoCl2，干燥时呈蓝色，吸水后呈粉红色(CoCl2·6H2O)，可再生反复使用。 【思考】 1、请设计实验证明酸性H2CO3>H2SiO3 的酸性右图装置中的反应能否证明 非金属性：Cl>C>Si 2、设计实验证明非金属性：N>C>Si 五、硅酸盐 物理性质: Na2SiO3 俗名：泡花碱, 水溶液俗称水玻璃，显碱性，具粘性和阻燃性。 [例] 硅酸钠在空气中易与二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其化学方程式：_____________________________________。由此得出酸性：H2SiO3_____(填“＞”或“＜”)H2CO3。非金属性Si元素 _ (填“＞”或“＜”)C元素 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ < < 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 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： Na2O·SiO2  2MgO·SiO2 Al2O3·2SiO2·2H2O  K2O·Al2O3·6SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 用途 ①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂 盛装硅酸钠溶液的试剂瓶也不能用玻璃塞(硅酸钠是一种矿物胶，粘性大)。 大多数难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3和K2SiO3 【练习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 【练习2】玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正 确的是（ ） A、玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B、制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英 C、硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D、制造水泥的过程中只发生了物理变化 C 课本第25页 课本第25页 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $