硅和硅酸鹽工業(yè)

1、硅和硅酸鹽工業(yè)王振山第一節(jié) 碳族元素一、碳族元素、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的變化規(guī)律（根據(jù)碳族元素在周期表中的位置推斷）A族CSiGeSnPb周期23456原子序數(shù)(10-4)=6(18-4)=14(36-4)=32(54-4)=50(86-4)=82原子結(jié)構(gòu)示意圖相同點(diǎn)：原子最外層電子數(shù)為4；不同點(diǎn)：核電荷數(shù)、電子層數(shù)、原子半徑依次增大。主要化合價+2，+4，-4+2，+4+2，+4+2，+4+2，+4元素性質(zhì)變化推斷核對最外層電子的引力逐漸減弱；原子得電子能力依次減弱，失電子能力依次增強(qiáng)；元素的非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)。、單質(zhì)的物理性質(zhì)單質(zhì)CSiGeSnPb顏色狀態(tài)金剛石：無色透明晶體石

2、墨：灰黑色固體晶體硅：灰黑色固體，有金屬光澤銀灰色固體銀白色固體藍(lán)白色固體密度/g·cm-3金剛石：3.51石墨：2.252.322.345.357.2811.34，僅低于Hg和Au增 大熔點(diǎn)/335036523697升華1410937.4231.9易熔327.5易熔降 低沸點(diǎn)/482748272355283022601740降 低硬度(莫氏)金剛石：10，最硬石墨：1，軟7.06.251.51.8軟1.5軟指甲能刻痕導(dǎo)電性金剛石：不導(dǎo)電石墨：導(dǎo)電半導(dǎo)體導(dǎo)電分類非金屬準(zhǔn)金屬(或稱類金屬、半金屬)金屬­Si的非金屬性金屬性，Ge的非金屬性金屬性。l ­密度/g

3、83;cm-3：Hg，13.546；Au，19.32。­l 普通焊錫：67%Sn、33%Pb，熔點(diǎn)：180；（2590%Sn、7510%Pb，熔點(diǎn)：220280。）焊錫在250450熔化。l 伍德合金（保險絲）：3850%Bi、2531%Pb，12.515%Sn、12.516%Cd，熔點(diǎn)：6070。保險絲：50%Bi，25%Pb，12.5%Sn，12.5%Cd，熔點(diǎn)70。由Sn、Bi、Pb、Cd組成的易熔合金，用于自動滅火設(shè)備，蒸汽鍋爐的安全裝置，熔點(diǎn)低于232。l 鉛中加入銻，使硬度增加，用來制造子彈和軸承（槍彈頭：(Sb)=12%的Pb合金）。、碳族元素的成鍵特征和穩(wěn)定價態(tài)、A族

4、位于主族元素的中間位置，容易形成共價化合物。、C、Si、Ge、Sn元素的+4價化合物是穩(wěn)定的，+2價化合物有較強(qiáng)的還原性；Pb的+2價化合物是穩(wěn)定的，其+4價化合物有較強(qiáng)的氧化性。二、硅地殼里(Si)=26.30%，僅次于氧(O)=48.60%，居第二位。Si在自然界中，沒有游離態(tài)。、物理性質(zhì)（略）（晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)相似，屬于原子晶體。）、化學(xué)性質(zhì)：Si跟O、F有很強(qiáng)的親合力。物質(zhì)比較SiO2(s)CO2(g)SiF4(g)CF4(g)SiCl4(l)CCl4(l)SO2(g)SF6(g)/kJ·mol-1-859.39-393.51-1548.08-679.90-64

5、0.15-139.49-296.06-1096.21/kJ·mol-1-805.00-394.38-1506.24-635.13-572.9-68.74-300.37-991.61、常溫下,硅不活潑;除F2、HF酸、HF+HNO3的混合酸和強(qiáng)堿溶液外,不跟其他物質(zhì)反應(yīng)。、Si(s)+2F2(g)=SiF4(g)；=-1548.08kJ/mol，­鍵能：衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)度。鍵能是指解離化學(xué)鍵所需要的能量。一般規(guī)定在298.15K和100kPa條件下，拆開1mol化學(xué)鍵所需要的能量稱為鍵能EB，單位是kJ·mol-1。例如：H2(g)2H(g)；(H-H)=EB(H-H

6、)=436kJ·mol-1，式中，下標(biāo)D表示解離（disassociate）；表示標(biāo)準(zhǔn)焓變，表示鍵解焓；下標(biāo)B表示鍵（bond）；下標(biāo)m表示單位物質(zhì)的量鍵（mol）?；瘜W(xué)鍵SiFSiOSiCSiSiSiHHHCCCO鍵能/ kJ·mol-1565452318222318432345.6357.7、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2（在熱、濃的強(qiáng)堿溶液中，反應(yīng)迅速。）Si+6OH-SiO2- 3+3H2O+4e-+) 4H2O+4e-4OH-+2H2 Si+4H2O+2OH-SiO2- 3+2H2+3H2O、Si+4HF=SiF4+2H2，2HF+SiF4=H2

7、SiF6，3Si+4HNO3+12HF=3SiF4+4NO+8H2O、高溫下，能跟O2、Cl2等反應(yīng)Si(s)+O2(g)=SiO2(s)；=-859.39kJ/mol，Si+O2 SiO2（這里的高溫是指9501160。低于900Si和O2不反應(yīng)。溫度越高，反應(yīng)速率越大。加熱時，研細(xì)的Si能在氧氣中燃燒。Si晶體結(jié)構(gòu)，只有打斷SiSi鍵，才能反應(yīng)。）對比反應(yīng)C(s)+O2(g)=CO2(g)；=-393.51kJ/mol。Si+3FeO FeSiO3+2Fe（硅鐵在煉鋼時作脫氧劑），3Si+2N2 Si3N4（這里的高溫是指13001400）。，Si+2Cl2SiCl4，（SiCl4+2H2

8、Si+4HCl），l Si+2H2 SiH4SiH4不穩(wěn)定，SiH4Si（多晶硅）+2H2，SiH4+2O2=SiO2（粉狀，“白炭黑”）+2H2O。制取SiH4采用用間接法，具體反應(yīng)下面敘述。C(s，赤熱)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，Si(s，赤熱)+2H2O(g) SiO2(s)+2H2(g)，（晶體硅的結(jié)構(gòu)同金剛石，O2、H2O僅和Si發(fā)生微弱反應(yīng)，可能是形成幾個原子厚度SiO2之故。）、工業(yè)制法、制取粗硅，。粗硅的純度(Si)=9697%。、制取高純硅（粗硅經(jīng)提純后，制得高純硅，作半導(dǎo)體材料。）、 首先用間接法制取SiH4：Mg2Si+4HCl=SiH4+2MgCl2，Si

9、Cl4+LiAlH4=SiH4+LiCl+AlCl3。然后SiH4Si（多晶硅）+2H2。、SiCl4還原法、制取SiCl4：，、SiCl4用Na或Mg、H2還原制得純硅：例如，、經(jīng)過區(qū)域熔融，得到高純硅（雜質(zhì)含量在10-910-10，甚至10-12）。、硅的用途、半導(dǎo)體材料（用于硅整流器、晶體管、集成電路、太陽能電池中的硅電池）、制造硅合金硅鋼：(Si)=4%的（具有良好導(dǎo)磁性）作變壓器鐵芯，(Si)=15%的作耐酸設(shè)備、制造金剛砂SiC純品是無色晶體，=3.063.20g·cm-3，摩氏硬度約9.2，熔點(diǎn)2450，2700左右升華同時分解，工作溫度范圍14501500甚至可達(dá)17

10、00，。黑碳化硅(SiC)95%用作鑄鐵和非金屬材料的磨料；綠碳化硅(SiC)97%用于制造磨硬質(zhì)合金的工具，火箭噴嘴、熱電偶套管、核燃料的包裝材料。、制作硅鐵合金（FeSi2、FeSi、Fe3Si2等，非計量化合物），作煉鋼用的脫氧劑。三、二氧化硅SiO2廣泛存在于自然界，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。石英和砂子的主要成分是SiO2。自然界自由狀態(tài)的硅氧四面體二氧化硅（硅石）占地殼的12%，分為晶體和無定形兩大類。、結(jié)構(gòu)：原子晶體（立體網(wǎng)狀），硅氧四面體。、物理性質(zhì)、晶體、石英：密度，2.652.66g·cm-3；硬度，7。折光率n=1.5441.553，雙折射率0.008。在1600

11、熔融變成黏稠液體（內(nèi)部變成無規(guī)則態(tài)），冷卻時因粘度大不能再結(jié)晶，而成為過冷液體石英玻璃。熔點(diǎn)：1670（鱗石英）、1710（方石英），沸點(diǎn)：2230。l 石英玻璃能透過紫外線，作水銀石英燈和其他光學(xué)儀器。l 石英玻璃的熱膨脹系數(shù)小，因而用于制作耐高溫的儀器，如石英坩鍋。l 制造光導(dǎo)纖維、石英鐘表、水晶（大而透明的棱柱狀石英）：利用其“壓電效應(yīng)”，可制作電子工業(yè)中的重要部件（計算機(jī)、電視、鐘表、無線電收發(fā)、超聲技術(shù)、全息照相術(shù)）在古代，人們稱之為“水精”，即水的精華，還稱之為“水玉”、“”白附、“玉晶”、“千年冰”、“菩薩石”、“放光石”等。壓電材料是實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的材料。­

12、石英鐘表：石英片取代鐘表中的擺和游絲。­水晶還用于制作光學(xué)儀器、精密儀器的軸承、耐磨器皿、眼鏡片、工藝品、瑪瑙：是含有有色雜質(zhì)的石英晶體（含有不同顏色和形狀的條帶，紅Fe2O3，黑C，白MgO、CaO，綠NiO，褐MnO2。），呈環(huán)帶狀的玉髓叫做瑪瑙；血紅色的稱作雞血石。用于制造精密儀器的軸承、耐磨器皿和裝飾品等。、無定形體：、硅藻土：多孔、質(zhì)輕、松軟的固體物質(zhì)，其表面積大、吸附能力強(qiáng)?？勺魑絼?、催化劑的載體、保溫材料、隔熱材料。、人造無定形SiO2粉末，作橡膠、塑料中的填料，俗稱“白炭黑”。l 水晶的礦床成因：、內(nèi)生作用：能量來自地球內(nèi)部放射性元素衰變能、地幔及巖漿的熱能、地球重

13、力場中物質(zhì)調(diào)節(jié)過程中所釋放出來的位能等。、晶洞偉晶巖型：（偉晶巖：礦物結(jié)晶顆粒粗大、具有特征內(nèi)部構(gòu)造的地質(zhì)體）黃晶、墨晶、紫晶、煙晶。、熱液型（深成型）：紫晶、黃晶。、火山熱液型：紫晶。、外生作用：（太陽能、水、生物等作用）、風(fēng)化型：黃晶、紫晶。二、顏色水晶黃晶紫晶墨晶煙晶發(fā)晶水膽水晶無色黃橘紅色紫紫紅色（玫瑰色）顏色不均黑褐色煙色黃色煙褐色（紅褐色）水晶中含有細(xì)小的頭發(fā)狀、纖維狀角閃石、電氣石、金紅石等礦物包裹體。含有大的氣液包體11月生辰石2月生辰石玫瑰色，珍貴、高雅。罕見珍貴的觀賞物包裹體：無色水晶、黃晶、煙晶中的包體相似，均含有較多的氣液兩相包裹體。紫晶中具有羽翅狀氣液包體，發(fā)晶中有纖

14、維狀固體包體。紫晶顏色不均，經(jīng)放射性輻照可變成黃色和藍(lán)色。紫水晶的色澤越偏紫，就越名貴。水晶自色：無色，當(dāng)含有細(xì)小氣液包裹體時，呈乳白色，透明度差。它色：無色水晶經(jīng)60Co照射可變成茶晶。假色：因干涉、衍射、漫射而引起。斷口：貝殼狀斷口（橢圓形光滑曲面，并具同心圓紋）。有裂縫時呈油脂光澤（入射光從內(nèi)部反射）；水晶具有玻璃光澤（反射率R=4%10%）。、化學(xué)性質(zhì)、SiO2是酸性氧化物，對應(yīng)的水合物是H2SiO3，亦即H2SiO3的酸酐。、SiO2+H2O不反應(yīng)；、SiO2+CaO CaSiO3；、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O（生成的Na2SiO3水溶液具有黏性，俗稱“水玻璃”。盛

15、堿溶液的試劑瓶，用橡膠塞而不用玻璃塞。）堿腐蝕玻璃。、與Na2CO3、CaCO3、Na2SO4、KNO3的反應(yīng)SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2，SiO2+2KNO3 K2SiO3+NO2+NO+O2，、高溫下，SiO2被C、Mg、Al還原SiO2+2C Si+2CO，SiO2+3C SiC+2CO；SiO2+2Mg Si+2MgO，同時有副反應(yīng)2Mg+SiMg2Si，Mg2Si+4H2O=SiH4+2Mg(OH)2；3SiO2+4Al 3Si+2Al2O3；=-761kJ/mol。、和氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O，3SiO2+6HF(aq)=H2SiF6

16、（氟硅酸）+2H2O（實(shí)際應(yīng)用SiO2+2CaF2+2H2SO4(濃) SiF4+2CaSO4+2H2O）（(HF)=40%的氫氟酸用于刻飾玻璃；在實(shí)驗(yàn)室里不能用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸，應(yīng)該使用塑料瓶。）l 氫氟酸可經(jīng)皮膚、肌肉而侵入骨骼，形成鈣的氟化物，從而使骨骼松散。HF侵入皮膚后，產(chǎn)生劇烈疼痛，難以治療。嚴(yán)重時，需施行切除手術(shù)。四、硅酸、硅酸鹽、硅酸、性質(zhì)：硅酸是一種不溶水的二元弱酸，=4.2×10-10，=1×10-12，酸性比碳酸還弱，不能使指示劑變色，不穩(wěn)定。硅酸是復(fù)雜的白色固體，通常用H2SiO3表示。Na2SiO3+2HCl+H2O=H2SiO4(正硅酸，白色

17、膠凝狀沉淀)+2NaCl正硅酸不穩(wěn)定，（在干空氣中失水）H2SiO4=H2SiO3(白色粉末)+H2O；H2SiO3SiO2+H2Ol 它跟堿反應(yīng)生成硅酸鈉，當(dāng)溶液的pH14時，以SiO2- 3形式存在；當(dāng)pH=10.913.5時，主要以Si2O2- 5形式存在；當(dāng)溶液的pH10.9時，縮合成較大的多酸根離子；pH再低，則以硅酸凝膠形式析出，pH=5.8時膠凝速率最快。l 單分子硅酸H2SiO4可溶于水（溶解度較小）。正硅酸分子間脫水，逐漸縮合聚合聚硅酸（硅酸溶膠）進(jìn)一步脫水縮聚透明而有彈性的膠凍狀物（硅酸凝膠），立體網(wǎng)狀烘干、脫水，成為多孔物質(zhì)（硅膠）烘干前，用CoCl2溶液浸泡。­

18、;硅膠（硅酸干膠的簡稱），干燥時為藍(lán)色，隨著吸水量增加，藍(lán)色紫紅色最后為粉紅色。硅膠用作干燥劑（在精密儀器和電器、精美食品及衣物等的包裝中），吸附劑（對極性物質(zhì)有較強(qiáng)的吸附作用）以及催化劑的載體。硅酸溶膠用于羊毛紡織品的經(jīng)（紗）線上漿的膠劑，可減少羊毛纖維的斷失率。l SiO2·H2O，H2SiO3（硅酸）； SiO2·2H2O，H4SiO4（正硅酸，原硅酸）；2SiO2·H2O，H2Si2O5（二偏硅酸）；2SiO2·3H2O，H6Si2O7（焦硅酸）；3SiO2·3H2O，H6Si3O9（三聚偏硅酸，環(huán)狀）；3SiO2·4H2O，

19、H8Si3O10（三硅酸）；l 帶的，表示具有一定穩(wěn)定性并能獨(dú)立存在的硅酸。、制法：可溶性硅酸鹽的水溶液，加入鹽酸、氯化銨或通入二氧化碳。Na2SiO3+2HCl+H2O=H2SiO4(白色膠凝狀沉淀)+2NaCl，H2SiO4=H2SiO3+H2ONa2SiO3+CO2+2H2O=H2SiO3+Na2CO3Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3+2NaHCO3Na2SiO3+2NH4Cl=H2SiO3+2NaCl+2NH3，、硅酸鹽（種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。）、定義：硅酸、正硅酸和由它們縮水而成的各種酸所對應(yīng)的鹽，統(tǒng)稱為硅酸鹽。、可溶性硅酸鹽（常見的有Na2SiO3、K2SiO3。）Na

20、2SiO3俗稱“水玻璃”、“泡花堿”。l Na2SiO3即Na2O·nSiO2。n(SiO2)與n(Na2O)之比稱為模數(shù)比。模數(shù)比3的是中性水玻璃，模數(shù)比3的是堿性水玻璃。、制法：濕法，SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O；干法，溫度：13001500；。、 性質(zhì)：、水解反應(yīng)：硅酸鈉水解使溶液呈強(qiáng)堿性，水解產(chǎn)物為二硅酸鹽或多硅酸鹽。Na2SiO3+2H2ONaH3SiO4+NaOH，2NaH3SiO4Na2H4Si2O7+H2O或2Na2SiO3+H2ONa2Si2O5+2NaOH、跟酸反應(yīng)SiO2- 3+2H+H2O=H4SiO4，SiO2- 3+2H2O+CO2=H4Si

21、O4+CO2- 3，SiO2- 3+3H2O+2CO2=H4SiO4+2HCO- 3，SiO2- 3+H2O+2NH+ 4=H4SiO4+2NH3，或者，SiO2- 3+2H+=H2SiO3，SiO2- 3+H2O+CO2=H2SiO3+CO2- 3，SiO2- 3+2H2O+2CO2=H2SiO3+2HCO- 3，SiO2- 3+2NH+ 4=H2SiO3+2NH3。、用途：水玻璃是無色粘稠的液體，是一種礦物膠；既不能燃燒、又不受腐蝕。是一種常用的無機(jī)粘結(jié)劑，也是防腐劑、防火劑。實(shí)驗(yàn)：在硅酸鈉溶液中浸過的布條不燃。、建筑工程中使用的氣硬性膠凝材料Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO

22、3+2NaHCO3在這里H2SiO3是各種形式硅酸的代表，發(fā)生脫水、縮聚等一系列過程，因此，硬化過程較緩慢。、鑄造工藝中，用水玻璃作型砂的粘結(jié)劑，以制作鑄造用的砂型，此時用NH4Cl作水玻璃的硬化劑。、用水玻璃與CaCO3或MgCO3粉混合，用來粘合、修補(bǔ)陶瓷、玻璃等。它硬化快、且硬化后呈白色，如果粘合時燒一下，粘結(jié)強(qiáng)度很高，特別適合于陶瓷部件的粘結(jié)或陶瓷的修補(bǔ)。、水玻璃用來粘合碎云母片，作電熱器的耐熱云母板。、由于水玻璃是靠脫水而發(fā)揮粘合效力的，所以，對易吸水的多孔物質(zhì)，如紙、織物、木材、陶瓷、磚瓦、水泥等都有良好的粘結(jié)效果。常用于紙張上漿、蛋類的保護(hù)、木材和織物的防火處理，以及硬紙板盒、砂

23、皮的制造。、用水玻璃溶液與CaCl2溶液同時或交替灌入地基中，填充基土顆?？障恫⑵淠z結(jié)成整體，加固地基，提高承載力和抗?jié)B性。用水玻璃摻入水泥砂漿或混凝土，使水泥速凝，可用于堵漏。、肥皂的填料、水的軟化劑、除垢劑、洗滌劑助劑l 用中性水玻璃作肥皂的填料：A.緩沖肥皂水解后產(chǎn)生的燒堿，起降低游離堿（NaOH）作用，因而對織物的損傷??；B.能延遲脂肪酸的氧化酸敗、變色，因而起抗氧化劑作用。l 水玻璃作洗滌劑的助劑，提高洗滌劑的去污能力。其原理是：降低洗滌劑的臨界濃度，可以在低濃度下充分發(fā)揮去污效能。助劑在堿性條件下可增進(jìn)洗滌劑去污效果。l 無機(jī)助劑有碳酸鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉或硫化鈉。l

24、 有機(jī)助劑有羧甲基纖維素或甲基纖維素。、不溶性的硅酸鹽：除堿金屬以外其他金屬的硅酸鹽，天然存在的硅酸鹽，都是不溶性的硅酸鹽。硅酸鹽是構(gòu)成地殼和礦物的主要成分，但其組成比較復(fù)雜，一般以氧化物形成表示。表示硅酸鹽組成的方法：一般以“金屬氧化物·二氧化硅”形式來表示。例如，硅酸鈉Na2SiO3為Na2O·SiO2。、硅酸結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)單元是SiO4硅氧四面體，n(Si)n(O)=14，化學(xué)式為SiO4- 4。例如，單個硅酸根SiO4- 4，鎂橄欖石Mg2SiO4（2MgO·SiO2）。、2個SiO4以角氧相連，n(Si)n(O)=1(3+1×0.5)

25、=13.5，化學(xué)式為Si2O6- 7。例，鈧硅石，Sc2Si2O7，（Sc2O3·2SiO2）；硅鉛礦Pb3Si2O7，（3PbO·2SiO2）；異極礦Zn4Si2O7(OH)2·H2O（4ZnO·2SiO2·2H2O）。、SiO4以2個角氧分別和其他2個SiO4相連成長鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)，n(Si)n(O)=1(2+2×0.5)=13，化學(xué)式為SiO2- 3。例如，長鏈狀，石棉：在平行鏈狀SiO32n- n間排列著Ca2+、Mg2+離子，CaMg3(SiO3)4，（CaO·3MgO·4SiO2）；又如6個SiO4成環(huán)

26、狀，Si6O12- 18，綠寶石（綠柱石，翡翠綠）Be3Al2Si6O18（3BeO·Al2O3·6SiO2）。、SiO4以角氧相連成雙鏈，化學(xué)式為Si4O116n- n。例，透閃石：Ca2Mg5Si4O112·(OH)2，（2CaO·5MgO·8SiO2·H2O）。、SiO4以3個角氧分和其他3個SiO4相連成層狀結(jié)構(gòu)（平面網(wǎng)狀），化學(xué)式為Si2O52n- n。例，金云母：KMg3AlSi3O10(OH)2，（K2O·6MgO·Al2O3·6SiO2·2H2O）；白云母（六元環(huán)，層狀）：KAl

27、2AlSi3O10(OH)2，（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）；滑石Mg3Si4O10(OH)2，（3MgO·4SiO2·H2O）。、每個SiO4以4個角氧分別和其他4個SiO4相連成骨架結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為SiO2。例如，石英；又如，沸石含有組成為(Al,Si)nO2n的骨架結(jié)構(gòu)，如菱沸石，(Ca,Na2)(Al,Si2)2O12·6H2O。鈉斜長石：NaAlSi3O8，為Na2O·Al2O3·6SiO2；正（鉀）長石：KAlSi3O8也可寫作K2Al2Si6O16，為K2O·Al2O3

28、3;6SiO2；鈣長石：CaAl2Si2O8，(CaO·Al2O3·2SiO2)。天然鈉沸石：Na2Al2Si3O10·2H2O，（Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O）。粘土：高嶺石（高嶺土，瓷土；）Al2(Si2O5)(OH)4為Al2O3·2SiO2·2H2O（粘土的主要成分）；、鏈之間、片之間是以離子鍵結(jié)合，比SiO間的共價鍵結(jié)合要弱，所以鏈間（如石棉）、層間（如云母）容易撕開。、Al形成AlO4四面體，Al代替部分Si而形成鋁硅酸鹽。Al代替Si時，酸根的負(fù)電荷增多，需要相應(yīng)的陽離子電荷與之平衡。l

29、 三硅酸鎂（Mg2Si3O8·nH2O）被用來治療胃潰瘍，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)不溶于水，服用后中和胃酸作用持久。第二節(jié) 硅酸鹽工業(yè)簡介l 概念：以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)過加熱制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬于硅酸鹽工業(yè)。l 特點(diǎn)：、原料：均為含硅固體物質(zhì)（水泥工業(yè)用的粘土，玻璃工業(yè)用的石英）。、反應(yīng)條件：高溫。、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。、產(chǎn)品的主要成分：硅酸鹽。l 傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料硅酸鹽材料，包括：水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料等四大類，以及搪瓷、磚瓦等。一、水泥水泥是一種粉狀礦物質(zhì)的膠凝材料，與水拌和后能在空氣中或水中逐漸硬化。、普通硅酸鹽水泥（

30、制造和使用最多的水泥類型。）由硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏（36.5%），磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，叫做硅酸鹽水泥。l 性能：水泥具有水硬性。（無論在水中還是在空氣中均能硬化，不可逆過程。）l 原料：石灰石（8090%）、粘土（1015%）、輔助原料（如鐵礦粉12%）。l 普通水泥（熟料）的成分：硅酸三鈣3CaO·SiO2，硅酸二鈣2CaO·SiO2，鋁酸三鈣3CaO·Al2O3，鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3l 生產(chǎn)過程：原料混合、研磨生料煅燒（水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒，1450）塊狀熟料加入適量石膏，磨成細(xì)粉成品：水泥。（加入石膏，可以延

31、緩水泥的硬化速度。）l 水泥的水化、凝結(jié)與硬化。­有關(guān)詞語：混凝土，廣義：混凝土是由膠凝材料和埋在其中的骨料粒子或碎片所組成的復(fù)合材料。水泥砂漿（水泥、沙子、水的混合物），在建筑上作黏合劑，能把磚、石等物粘結(jié)起來?；炷粒ㄓ址Q“砼”tóng），水泥、沙子、碎石（石子）、水的混合物。水泥與水組成水泥漿。水泥漿填充在沙子空隙間并將沙子包裹起來，形成水泥砂漿。水泥砂漿填充在碎石空隙間，并包裹碎石成為混凝土。鋼筋混凝土（用鋼筋作骨架的混凝土，也叫做鋼骨混凝土、鋼骨水泥。）建筑上有“鋼砼結(jié)構(gòu)”、“磚混結(jié)構(gòu)”。白水泥：普通水泥呈灰褐色是因?yàn)楹猩倭縁e2O3。若在生成過程中盡量除去Fe

32、2O3，就得到近乎白色的白水泥。白水泥可用作彩色水泥的基料。（彩色水泥，參閱復(fù)印資料2003年4期P46）l 水泥是膠凝材料，沙子是細(xì)骨料，碎石是粗骨料。l 普通水泥熟料物相組成硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣游離石灰游離氧化鎂化學(xué)式3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3CaOMgO縮寫C3SC2SC3AC4AFCM質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%4462(4565)1830(10)512(615)1018(510)凝結(jié)硬化速率快慢（穩(wěn)定）最快慢大量時過慢，少量時無問題極慢強(qiáng)度高早期低，后期高增長快，但不高低水化

33、熱大小最大中抗侵蝕中最好差好干縮引起裂紋中中大小大量時引起裂紋大量時引起裂紋主要成分隨原料加入的次要成分化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2、Na2O、K2O、SO2- 4質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2123573564685、生料的煅燒、CaCO3 CaO+CO2、CaO與粘土中的SiO2、Al2O3、Fe2O3反應(yīng)，生成以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。、硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡寫作C3S），賦予硅酸鹽水泥以令人滿意的特性，如快速硬化和高強(qiáng)度等。煅燒時，應(yīng)盡可能多地形成C3S。為此，要調(diào)整原料配比，在C3S容易穩(wěn)定形成的溫度下1450（12502070）燒結(jié)。、硅酸

34、鹽水泥的水化、凝結(jié)與硬化、水化過程：硅酸鹽水泥與水拌和后，水泥中各礦物成分與水作用，生成新的水化產(chǎn)物、并放出熱量的過程。、水解：3CaO·SiO2+2H2O2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2，2(3CaO·SiO2)+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2，2(2CaO·SiO2)+4H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2;、水化：2CaO·SiO2+H2O2CaO·SiO2·H2O，3CaO·Al2O3+6H2O3CaO&#

35、183;Al2O3·6H2O，4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O、化合及水化：3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+12H2O4CaO·Al2O3·13H2O，3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+18H2O4CaO·Al2O3·19H2O，4CaO·Al2O3·Fe2O3+4Ca(OH)2+22H2O4CaO·Al2O3·13H2O+4CaO·Fe2

36、O3·13H2O，3CaO·Al2O3+3CaSO4+32H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（鈣鋁礬晶體）2(3CaO·Al2O3)+3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+4H2O3(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)（硫酸鹽）、凝結(jié)與硬化過程（固化過程）水泥加水拌成水泥漿后逐漸變稠，失去塑性，但尚無強(qiáng)度，這一過程稱為水泥的凝結(jié)。隨后，水泥的強(qiáng)度逐漸提高，變成堅(jiān)硬如石的物體，這一過程稱為水泥的硬化。水泥的凝結(jié)、硬化是一個連續(xù)的、復(fù)雜的物

37、理化學(xué)過程。即在水化的同時，發(fā)生一系列的物理變化。大體分為三個階段：第一階段：膠溶期。水泥顆粒表面層發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物濃度迅速增加，達(dá)到飽和狀態(tài)時，部分水化產(chǎn)物以膠體粒子或小晶體析出，形成膠體體系保持流動性。水化產(chǎn)物Ca(OH)2由飽和溶液到形成膠體的同時，引起水合硅酸鈣和水合鋁酸鈣凝成凝膠，這時水泥具有可塑性。第二階段：凝結(jié)期。水化作用由水泥顆粒的表面向內(nèi)部發(fā)展，膠體粒子大量增加，粒子間開始相互凝結(jié)，逐漸絮凝成凝膠結(jié)構(gòu)（立體網(wǎng)狀），失去流動性。第三階段：硬化期。水化作用向粒子的深部發(fā)展，大量晶體出現(xiàn)并相互聯(lián)結(jié)，使膠體緊密結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯增加，逐漸硬化成微晶結(jié)構(gòu)的水泥石固體。簡單地說，硅酸鹽水

38、泥的水化、凝結(jié)與硬化過程可看作由三個步驟組成：、水泥顆粒的表面層和水發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸二鈣和氫氧化鈣：3CaO·SiO2+(n+1)H2O2CaO·SiO2·nH2O+Ca(OH)2、固態(tài)的氫氧化鈣從水泥糊狀物和Ca(OH)2的飽和溶液中以非晶態(tài)物質(zhì)析出，把水泥顆粒包圍起來，并結(jié)合成塊狀水泥凝結(jié)。、氫氧化鈣的粒子合并增大，并轉(zhuǎn)變成針狀結(jié)晶。它深入到水化硅酸鈣的非晶體中，連成一體，增加了水泥的機(jī)械強(qiáng)度。溫度對水泥凝結(jié)硬化影響很大，溫度高時水泥水化速率快，凝結(jié)硬化也快。采取蒸汽養(yǎng)護(hù)是加速凝結(jié)硬化的方法之一。溫度低時。凝結(jié)硬化變慢。溫度低于0，硬化完全停止，低于-3

39、時，水泥中的水因結(jié)冰而體積膨脹，會使水泥建筑構(gòu)件凍裂破壞。所以冬季建筑施工時必須采取保暖防凍措施。（參閱化學(xué)原理及應(yīng)用基礎(chǔ)第四冊P117-118 施憲法 編，高等教育出版社）、水泥的標(biāo)號一般用水泥標(biāo)號作為水泥強(qiáng)度的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。用水泥28d齡期的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來表示水泥標(biāo)號。例如，425號水泥，指28d的抗壓強(qiáng)度在425524公斤力/厘米2之間（42.552.4MPa）。、水泥的分類：按用途和性能分為：通用水泥（土木建筑工程），專用水泥（油井水泥、大壩水泥），特種水泥（快硬硅酸鹽水泥、膨脹硫酸鹽水泥）。二、玻璃（是一種由熔融體經(jīng)冷卻、固化而成的無機(jī)非晶態(tài)固體。）、普通玻璃（又稱鈉玻璃或鈉鈣玻璃）

40、屬于硅酸鹽玻璃。、主要原料：純堿（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（細(xì)砂，SiO2）。石英砂（細(xì)砂）：SiO2占99.5%以上，雜質(zhì)中Al2O3最多，控制0.5%在以下；其次是CaO、MgO、Fe2O3。、原理：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2，SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2、普通玻璃的組成：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形成在玻璃態(tài)物質(zhì)（或者Na2O·CaO·6SiO2）組成SiO2CaOMgONa2O(X)/%71747111316助熔、易澄清、降低粘度助熔、增粘度、降低熱膨脹系數(shù)提高熱穩(wěn)定性，改善成型性。助熔熔

41、點(diǎn)：K2SiO3，976；Na2SiO3，1088；CaSiO3，1540。、普通玻璃的性質(zhì)：、無固定熔點(diǎn)，可在某一穩(wěn)定范圍內(nèi)軟化；、硬而脆；、良好的絕緣體和介電體；、透光性；、普通玻璃耐水、耐酸，不耐堿，在潮濕的大氣中被緩慢侵蝕。、生產(chǎn)過程：熔融反應(yīng)（高溫：14501650）澄清成型緩慢冷卻。設(shè)備：玻璃窯。、其他品種玻璃簡介、石英玻璃(SiO2)99.5%：石英坩鍋、燃燒管等化學(xué)儀器，高壓汞燈、紫外燈的燈殼，壓電晶體，光導(dǎo)纖維、高硼硅酸鹽玻璃（硬質(zhì)玻璃）：燒杯、燒瓶、硬質(zhì)試管、注射器、鉀玻璃（鉀鈣玻璃）：滴定管、移液管、光學(xué)玻璃高鋁玻璃，中性玻璃，水晶玻璃，有色玻璃，鋼化玻璃，玻璃纖維，特種

42、玻璃三、陶瓷、按坯體致密度的不同來分類、制造第三節(jié) 新型無機(jī)非金屬材料現(xiàn)代文明社會的三大支柱：能源、信息和材料。能源是社會存在與運(yùn)動的基礎(chǔ)。材料是一切科學(xué)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，一直是人類進(jìn)步的一個重要里程碑。信息向人類奉獻(xiàn)知識和智慧。*材料的分類合成高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維。煤氣爐中的電子打火（壓電陶瓷）。手表上的“19鉆”(人造紅寶石軸承的數(shù)目)。彩電（熒光材料）。電腦的CPU（單晶硅）。海底電纜（光導(dǎo)纖維）。一、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（結(jié)構(gòu)材料）耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。在高溫、強(qiáng)腐蝕、沖刷和摩擦條件下，保持高的強(qiáng)度、硬度、剛度、化學(xué)穩(wěn)定性和耐疲勞