化学第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属材料学案

第五章 第三节 无机非金属材料

【学习目标】1．了解并掌握硅、二氧化硅的性质，了解二者在生产、生活中的应用。

2．根据无机非金属材料在生产、生活中的应用来研究材料的性能及应用，认识到材

料对生产、生活的影响。

【目标一】硅酸盐材料

1．无机非金属材料  从组成上看，许多无机非金属材料多含    、    等元素，

具有      、      、      等特点，以及特殊的      、      等性能。

2．硅酸盐的结构及特性

传统无机非金属材料多为            材料：包含           、           、          。

在硅酸盐中，Si和O构成了            结构，Si在中心，O在

四面体的4个顶角，每个Si结合      个O，每个O结合      个Si。

硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度       、

    溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

3．常见的硅酸盐材料

【思考与交流】制备普通玻璃的主要反应方程式为：

化学方程式：                                                  。

化学方程式：                                                  。

4．硅酸钠(Na2SiO3)

⑴ 白色、可溶于水的粉末状固体，俗名       ，其水溶液俗称          ，有黏性、耐高温。

⑵ 它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：

Na2SiO3 + 2HCl===                 

Na2SiO3 + CO2 + H2O===                  

酸性强弱比较：HCl＞H2CO3＞H2SiO3

⑶ 用途：黏合剂，木材防火剂等。

硅酸钠是一种常见的、重要的硅酸盐，是一种矿物胶，显碱性，它容易吸收空气中的CO2生成硅酸，故要将其密封保存。

5．常见硅酸盐：

硅酸盐是构成地壳岩石的主要成份，硅酸盐的种类很多，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。例如：

硅酸钠Na2SiO3                           钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O                    正长石 KAlSi3O8                         镁橄榄石Mg2SiO4                       

高岭石Al2Si2O5(OH)4                   

石棉CaMg3(SiO3)4                         

【目标二】新型无机非金属材料

1．硅

⑴ 硅元素的存在与用途

①存在：硅在地壳中的含量仅次于     ，居第      位。自然界中无游离态的硅，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。在周期表中的位置为             ，原子结构示意图为             。

②用途：具有金属光泽，灰黑色，熔沸点高，硬而脆，硅是应用最为广泛的            。

，可以制成计算机、通信设备等的              ，硅还用于制造              。

⑵ 硅单质的化学性质

硅

工业制粗硅：SiO2 + C                 

由粗硅制纯硅：

①             ②             ③

其中涉及的主要化学反应为：

①                                   ②                           

③                           

2．二氧化硅

⑴ 结构：原子晶体，晶体中每个硅原子与      个氧原子形成

共价键，而每个氧原子与    个硅原子形成共价键，故晶体

中硅、氧原子的个数比为1∶2，所以“SiO2”是二氧化硅的

化学式。晶体中无单个分子。

⑵ 物理性质：熔沸点高，硬度大，不溶于水。

⑶ 化学性质：

                 与碱性氧化物反应： CaO + SiO2            

① 酸性氧化物    与碱反应：SiO2 + 2NaOH===                      

（盛碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞）

与盐反应：Na2CO3 + SiO2                        

② 弱氧化性：SiO2+ 2C                SiO2+ 3C                  

③ 特性：SiO2 + 4HF===                     （HF能腐蚀玻璃，不用玻璃瓶存放）

⑷ 用途：

① SiO2是制造              的主要原料；

② 石英制造石英玻璃、石英电子表、石英钟等；

③ 水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品；

④ 石英砂常用作制玻璃。

3．新型陶瓷

4、碳纳米材料

【导练】⑴ 硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐产品的是　   　(填写序号)。

①光导纤维         ②水泥             ③玻璃               ④陶瓷

⑵ 玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于　        　(填“纯净物”或“混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式　                                                      　。

⑶ 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的　   　反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为 +4价，则氮化硅的化学式为　      　。