化學必修一4.1《無機非金屬材料的主角-硅》實用授課教學課件

1、三.硅酸(H2SiO3) 硅酸是一種弱酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。 硅酸(H2SiO3) 實驗1:向飽和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀鹽酸現(xiàn)象結論方程式 滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的硅酸凝膠產(chǎn)生 Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO3+2HCl = H2SiO3+2NaCl思考：怎樣由石英制取硅酸？實驗2：將CO2通入Na2SiO3溶液中現(xiàn)象：有白色膠狀沉淀生成方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3結論：硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱為“硅膠”。是一種常用的干燥劑（1）硅

2、酸的制備Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2）硅酸的性質 不穩(wěn)定性 弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加熱Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）硅膠(SiO2）制備：H2SiO3 硅酸凝膠 硅酸干凝膠 “硅膠”用途：硅膠多孔，吸附水份能力強，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。1、下列各組物質有關性質關系的比較，正確的是（ ）A.溶解性：CO2 H2CO3C.熔點：SiO2 CO2（干冰） D.硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質中,不能用

3、玻璃瓶來盛裝的是（ ）A.燒堿溶液 B.濃硫酸 C.氫氟酸 D.碳酸鈉溶液 C3、要除去SiO2中的CaO雜質，最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液 B 鹽酸 C 硫酸 D 苛性鈉溶液B四、硅酸鹽硅酸鹽結構復雜的固態(tài)化合物，一般都不溶于水。1.含義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱 2.硅酸鹽的表示方法： 化學式法：氧化物法：硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣： CaO SiO2多數(shù)不溶于水書寫規(guī)則：金屬氧化物寫在最前面，然后寫二氧化硅，最后寫水，而且氧化物之間用“.”隔開硅酸鈉：Na2SiO3可以寫成Na2O SiO2高嶺石：Al2(Si2O5

4、)(OH)4鈉長石:NaAlSi3O8正長石:KAlSi3O8Al2O3 2SiO2 2H2ONa2O Al2O3 6SiO2K2O Al2O3 6SiO2高嶺石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O長石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土： Al2O3 2SiO2 2H2O最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3），其水溶液俗稱為水玻璃，硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用作肥皂填料、

5、木材防火劑等 。3.硅酸鈉（Na2SiO3）關于硅酸鹽說明：1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗稱泡花堿；它的水溶液俗稱水玻璃，是一種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：水玻璃可保存玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡膠塞較強酸和可溶性硅酸鹽反應制硅酸2HCl + Na2SiO3 + H2O = H4SiO4+ 2NaClH4SiO4 H2SiO3 SiO2常溫分解受熱分解無機非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃五、硅酸鹽工業(yè)硅酸鹽材料結構特點：都含有硅氧四面體 SiO44的穩(wěn)定結構特性： 穩(wěn)定性強，硬度高，熔點高，難溶于水，絕緣，耐腐蝕等t 水泥是一種非常重要

6、的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。1.水泥（1）原料：石灰石，黏土，石膏（2）主要成分硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3（3）特性：水硬性，吸水性強（4）生產(chǎn)過程：兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成細粉；（5）鋼筋混凝土混凝土：水泥，沙子，碎石鋼筋（6）水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物建筑黏合劑。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：水泥砂漿：中國水泥工業(yè)明天更美好 我國水泥工業(yè)已經(jīng)歷了100多年的歷史。舊中國的水泥工業(yè)在漫長的20世紀前50年內，步履維艱，發(fā)展緩慢，只有在新中國誕生以后，水泥工業(yè)才走一了健康發(fā)展之路。 建國后50年，水

7、泥工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是1979年改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，水泥工業(yè)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)量和質量都有有了很大提高。 水泥產(chǎn)量自1979年到1999年增長了7.倍，20年間我國水泥產(chǎn)量平均增長達11.08，水泥產(chǎn)量自1995年以來一直居全世界首位。其中1999年我國水泥產(chǎn)量占世界的3716。 我國水泥總產(chǎn)量雖高，但由于人口多，所以人均產(chǎn)量很低。如在90年代中期，意大利、西班牙、德國、法國、美國、日本、韓國人均產(chǎn)量（千克）分別為584、630、434、320、339、654、1318，同期我國為412千克。從1994年至1999年，我國人均消費（千克）分別為35

8、2、399、412、428、435、472。 我國現(xiàn)有水泥企業(yè)8000多家，上次許可證發(fā)證企業(yè)7400家左右，而20萬噸以上的企業(yè)不足10，全國水泥企業(yè)平均規(guī)模不到10萬噸，與世界其它國家相經(jīng)差距極大。 水泥工業(yè)原料設備生產(chǎn)過程反應條件水泥成分水泥應用硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣石灰石、粘土、輔助原料水 泥 回 轉 窯高溫生料熟料建筑粘合劑水泥工業(yè)展望2、玻璃：生產(chǎn)過程： 純堿、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2OCa

9、O6SiO2；玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內軟化。 玻璃的性能：主要化學反應：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫設問這兩個反應是否違反了復分解反應規(guī)律？ 復分解反應規(guī)律僅適用于溶液，不能套用于高溫條件下的反應。玻璃 沒有固定的熔點。 沒有一定的熔點而在某一溫度范圍內逐漸軟化的物質。（介于晶體與非晶體之間。）實例特性定義玻璃態(tài)物質幾種常見玻璃簡介普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色藍玻璃紅玻璃化學儀器玻璃如試管等光學儀器玻璃如放大鏡鋼化玻璃光纖玻璃光導纖維：1964年8月華裔科學家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導線，被譽為“纖維光學之

10、父”。比頭發(fā)絲還細的一對光導纖維上同時傳送3萬門電話且中繼距離長達2050Km，保密性能好。 在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。 把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機械強度比普通玻璃大46倍，不易破碎。（5）特種玻璃 中國玻璃硅質原料資源非常豐富，主要包括玻璃用石英巖、石英砂巖、石英砂和脈石英等類礦產(chǎn)。全國26個省(區(qū))有189個礦區(qū)，總保有儲量38億噸。就地區(qū)分布看，玻璃用石英巖以青海為最，占全國總儲量的42.4%；石英砂以海南為最多；玻璃用石英砂巖山東則居首位。主要礦區(qū)有青海大通、河北灤縣雷莊、內蒙古甘族卡、遼寧本溪、

11、河南澠池、福建東山、廣西北海、海南文昌等地硅質原料礦。就礦床成因類型分，以沉積變質石英巖、沉積石英砂巖和海相沉積石英砂為主，熱液型石英脈不具重要意義。玻璃硅質原料自太古宙到新生代均有形成。資料3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱。3.陶瓷（1）主要原料：黏土 Al2O32SiO22H2O（2）釉料金屬及其化合物使陶瓷表面光滑，不滲水，具有豐富的色彩。（3）特性：抗氧化性，抗酸堿腐蝕，耐高溫，易成形。鈞瓷隋帶燒制的三彩陶駱駝瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA

12、”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄。” 我國素有“瓷都”之稱的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器陶 瓷 陶瓷工業(yè)發(fā)展更加 迅速，各種新型陶瓷不斷問世，美國“哥倫比亞”號航天飛機的外殼，就是鋪砌了3.2萬塊這樣的金屬陶瓷耐熱片。用新型陶瓷材料代替金屬材料制發(fā)動機，1990年我國第一臺無水冷發(fā)電機試車成功。這是繼美、日之后，國際上僅有的幾次試驗之一。專家們預言：隨著新陶瓷技術的發(fā)展，人類將“重返”“石器時代，不過是一個全新的石器時代?！?一)什么是無機非金屬材料 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，是人類進步的里程碑。無機非金屬材料指某

13、些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機材料。六.無機非金屬材料1、材料2、材料的幾種分類方法(1)按化學組成和特性分無機非金屬材料 傳統(tǒng)無機非金屬材料 新型無機非金屬材料 金屬材料高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維(2)按用途分結構材料：利用材料的力學和理、化性質，廣泛應用于機械制造、工程建設、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè)部門功能材料：利用材料的熱、光、電、磁等性能用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術領域。3、生活中的無機非金屬材料玻璃、水泥、陶瓷石英鐘表手表上的“19鉆”(人造紅寶石軸承

14、的數(shù)目)玻璃刀（金剛砂）金剛石鉆頭彩電（熒光材料）煤氣爐中的電子打火(壓電陶瓷)海底電纜（光導纖維）電腦的CPU（單晶硅）隱形飛機（特殊光學材料）4 新型無機非金屬材料：(一）新型無機非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強度高； （2）具有電學性質； （3）具有光學性質； （4）具有生物功能；(二)、幾種典型的新型無機非金屬材料1、結構材料高溫結構陶瓷高溫結構材料與金屬材料的性能比較： 高溫結構材料:耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。 金屬材料： 易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時使用 (1)氧化鋁陶瓷:熔點高 、硬度大、透明、耐高溫 (2)氮化硅陶瓷: 超硬度，耐磨損；抗腐蝕，高溫時也抗氧

15、化；抗冷熱沖擊而不碎裂；耐高溫且不易傳熱；本身具有潤滑性 (3)人造寶石:紅寶石和藍寶石的主要成分都是Al2O3（剛玉）。紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物；而藍寶石呈藍色則是由于其中混有少量含鈦化合物。1 結構材料高溫結構陶瓷：(1)氧化鋁陶瓷(人造剛玉)：氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品 高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的。高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長達1萬小時2萬小時，比高壓汞燈壽命長2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長的燈。高壓鈉燈透明氧化鋁陶瓷注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫

16、鈉蒸氣（1400）強烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。用高溫結構陶瓷做的發(fā)動機葉片光導纖維（二氧化硅）主要特性抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；通訊質量好；質量輕、耐腐蝕主要用途 除用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等。是高質量傳導光的玻璃纖維，信息高速公路的“基石”(1)光導纖維的特點和用途：2、功能材料光導纖維（光纖）光 纖 光 纜 普 通 電 纜 信息量大,每根光纖理論上可同時通過10億路電話 8管同軸電纜每條通話1800路 原料來源廣(石英玻璃),節(jié)約有色金屬 資源較少 質量小,每公里27 g,不怕腐蝕,鋪設方便 每公里1.6 t 成本低,每公

17、里1萬元左右 每公里20萬元 性能好,抗電磁干擾保密性強,能防竊聽,不發(fā)生電輻射 (2)光纖光纜與普通電纜比較 (三)、其他新型無機非金屬材料簡介（1）金剛石:金剛石是目前已知的最硬的材料，可以用來切削和刻劃其他物質，被用于鉆探、磨削等行業(yè)（2）足球烯: C60由于其結構的特殊性，使它在超導、磁性、光學、催化等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。又叫“富勒烯”。（3）納米材料:納米材料指的是微粒直徑在10-710-9m級的材料，它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學性質。（4）智能材料:智能材料既能像 人的五官那樣感知客觀世界，又能主動對外做功，發(fā)射聲波、輻射電磁波或熱能，甚至能促進化學反應和改變顏色等類似有生命物質 的智慧反應。 （5）生物材料:生物材料的目標是對人體組織的矯形、修復、再造以維持其原有的功能。生物材料除了應具有人體的組織或器官的功能外，還必須有與人體組織的相容性，對肌體無免疫排異反應，血液相溶性好，無溶血、凝血反應（如人造血），不會引起代謝作用異?，F(xiàn)象，對人體無毒、不致癌。（6）超導材料:超導材料是一類在低溫下（23.2K或更低溫度下）電阻可以完全消失的材料。永遠不要埋怨你已經(jīng)發(fā)生的事情，要么就改變它，要么就安靜的接受它。敢于浪費哪怕一個鐘頭時間的人，說明他還不懂得珍惜生命的全部價值。達爾文我不去想是否能夠成功，既然選了