高中化学必修2 课时第5章第3节 硅酸盐材料高一化学精品讲义

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

2、掌握三大传统无机非金属材料，熟悉常见的新型无机非金属材料

【主干知识梳理】

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：制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥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，多数难溶于水

(3)硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，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：Na2O·SiO2镁橄榄石Mg2SiO4 表示：2MgO·SiO2高岭石Al2Si2O5(OH)4表示：Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石KAlSi3O8表示：K2O·Al2O3·6SiO2

钾云母(KH2Al3Si3O12) 表示：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O

3、最简单的硅酸盐——Na2SiO3

(1)俗名：泡花碱，水溶液俗称水玻璃

(2)物理性质：白色固体，可溶于水

(3)化学性质

①与酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)

②与CO2反应：Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)

Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3

(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

Na2CO3＋SiO2=====

高温

Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2=====

高温

CaSiO3＋CO2↑

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

【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[CaAl 2Si 3O 10·3H 2O]表示为Al 2O 3·CaO·3SiO 2·3H 2O

B ．镁橄榄石(Mg 2SiO 4)表示为MgO·12

SiO 2 C ．钾云母(K 2Al 6Si 6H 4O 24)表示为K 2O·2H 2O·3Al 2O 3·6SiO 2

D ．滑石(Mg 3H 2Si 4O 12)表示为3MgO·4SiO 2·H 2O

2、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SiO 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 ．Na 2SiO 3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂

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

【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