下载文档原格式
第三节无机非金属材料【学习目标】1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【知识点梳理】一、硅酸盐材料硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。
如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1．陶瓷（1）生产原料：黏土等。
（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。
（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。
（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。
（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。
2．玻璃（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英石少（含硅物质）。
（2）生产设备：玻璃窑。
（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。
高温高温（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。
没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。
3．水泥（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。
（2）生产设备：水泥回转窑。
（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。
再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。
（概括为：“两磨一烧加石膏”）（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）、铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3）、铁铝酸四钙（4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）等的混合物。
（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。
贮存时应注意防水。
（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
第三节无机非金属材料原创不容易，为有更多动力，请【关注、关注、关注】，谢谢！东宫白庶子,南寺远禅师。
——白居易《远师》上大附中何小龙[核心素养发展目标] 1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。
2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。
3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的概念硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
(2)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。
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，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。
(3)硅酸盐的特性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高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
2.常见的硅酸盐材料(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的合物( )(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定( )(3)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合( )(4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土( )(5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )(6)玻璃和水泥生产中都发复杂的物理和化学变化( )答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√(6)√1.传统的玻璃陶都是硅酸盐产品，根据你的观察和使用经验，将它们的主要物理性质和化学性填入下表。
答案2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。
(1)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
3＋2H＋(2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO)沉淀，其离子方程式是SiO2－===H2SiO3↓。
第三节 无机非金属材料[核心素养发展目标] 1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。
2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。
3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
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含有硅、氧等元素，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。
2．常见的硅酸盐材料陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料黏土 纯碱(Na 2CO 3)、石灰石(CaCO 3)、石英砂(SiO 2) 主要原料：石灰石、黏土 辅料：适量的石膏 设备陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要成分含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na 2SiO 3)、硅酸钙(CaSiO 3)、二氧化硅(SiO 2) — 性能 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 透光性好、硬度大、无固定熔点 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程 思考1 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。
写出其中发生反应的化学方程式。
提示 Na 2CO 3＋SiO 2=====高温CO 2↑＋Na 2SiO 3、CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。
思考2 为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？ 提示 在硅酸盐中，Si 和O 构成了硅氧四面体(结构如图所示)：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高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
1．判断正误(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土( )(2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐( )(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化( )(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√2．硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
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·3Al2O3·6SiO2·2H2O3、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·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Na2O·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 2OB ．镁橄榄石(Mg 2SiO 4)表示为MgO·12SiO 2 C ．钾云母(K 2Al 6Si 6H 4O 24)表示为K 2O·2H 2O·3Al 2O 3·6SiO 2D ．滑石(Mg 3H 2Si 4O 12)表示为3MgO·4SiO 2·H 2O2、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 2－3B ．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2、《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O x，铜为＋2价)。
下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于63、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．陶瓷具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【课后作业】1、国际上已禁止民用产品使用石棉制品，避免吸入石棉纤维而诱发肺病。
某石棉(硅酸盐)的化学式可表示为Ca2Mg x Si y O22(OH)2，式中的x、y的值分别为()A．8,3 B．5,8 C．3,8 D．8,52、我国成功地发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。
月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是()A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱3、下列有关普通玻璃的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起4、硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。
在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。
下面几种物质中含有硅单质的是()A．玛瑙B．光导纤维C．太阳能电池D．水晶5、宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。
下列相关叙述错误的是()A．它耐高温、抗氧化B．它比钢铁轻，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料6、金华市博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)。
下列说法不正确的是()A．古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B．普通玻璃的主要成分是SiO2C．工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石D．婺州窑胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O7、下列说法不正确的是()A．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐产品B．大多数硅酸盐的性质稳定C．透闪石的化学成分为Ca2Mg5Si8O22(OH)2，将其写成氧化物的形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2OD．新型陶瓷材料包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等8、绿柱石又称绿宝石，其主要成分为Be n Al2[Si6O18]，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为() A．1 B．2 C．3 D．49、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )A ．水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不受腐蚀B ．水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品C ．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维D ．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料10、硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )A ．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si 3N 4B ．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C ．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO 2D ．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶211、青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na 2Fe 5Si 8O 22(OH)2。
青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO ，下列说法不正确的是( )A ．青石棉是一种硅酸盐材料B ．青石棉中含有一定量的石英晶体C ．青石棉的化学组成可表示为Na 2O·3FeO·Fe 2O 3·8SiO 2·H 2OD ．1mol 青石棉能使1molHNO 3被还原12、在水玻璃中通入少量CO 2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为( )A ．Na 2SiO 3B ．Na 2SiO 3与Na 2CO 3C ．SiO 2与Na 2CO 3D ．SiO 2、Na 2SiO 3及Na 2CO 3 13、现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是( ) A ．纯水 B ．盐酸 C ．硝酸银溶液D ．碳酸钠溶液14、下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )A ．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带有磨口玻璃塞的试剂瓶中B ．氢氟酸可用带橡胶塞的玻璃试剂瓶保存C ．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D ．水玻璃在空气中变质生成H 2SiO 3沉淀15、下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是( )A ．硅可用于制造光导纤维B ．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C ．可用反应Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)制取硅酸D ．SiO 2既能与HF 反应又能与强碱反应，所以SiO 2是两性氧化物16、下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是( )A ．高纯硅可用于制造半导体材料B ．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C ．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面D ．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆17、硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上(1)下列物质不属于硅酸盐的是________A ．陶瓷B ．玻璃C ．水泥D ．生石灰(2)SiO 2是玻璃的主要成分之一，SiO 2和CO 2都属于酸性氧化物，性质相似，SiO 2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_________________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃，其反应方程式为______________(3)用Na 2SiO 3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na 2SiO 3可用作________(4)工业上常利用反应2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________________(填化学式，下同)，氧化剂是________________________________________18、氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________A ．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B ．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C ．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D ．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物①该反应的化学方程式为____________________________________________________②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________________________________________19、白玉的化学式可用Ca x Mg y Si p O 22(OH)2表示(也可用Ca 、Mg 、Si 、H 的氧化物的组合形式表示)。
