5.3.2硅酸鹽材料（原卷版）

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料（2）硅酸鹽材料【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解硅酸鹽的概念，會(huì)用氧化物表示硅酸鹽的組成一、硅酸鹽材料1、無機(jī)非金屬材料(1)元素組成：無機(jī)非金屬材料一般含有硅、氧元素(2)特點(diǎn)：具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能(3)物質(zhì)組成：傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，如：制作餐具的、窗戶上的、建筑用的。2、硅酸鹽 (1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分(2)性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，多數(shù)溶于水(3)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)：在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接。其結(jié)構(gòu)示意圖為(4)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用氧化物的形式表示它們的組成表示順序是：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水，但化學(xué)式前面的系數(shù)不能為分?jǐn)?shù)例如：硅酸鈉Na2SiO3 表示：鎂橄欖石 Mg2SiO4 表示：；； 高嶺石Al2Si2O5(OH)4表示：正長(zhǎng)石 KAlSi3O8 表示：；鉀云母(KH2Al3Si3O12)表示：。3、最簡(jiǎn)單的硅酸鹽——Na2SiO3(1)俗名：泡花堿，水溶液俗稱。(2)物理性質(zhì)：白色固體，可溶于水(3)化學(xué)性質(zhì)①與酸反應(yīng)：。②與CO2反應(yīng)：，。(4)用途：①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑4、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料硅酸鹽產(chǎn)品水泥玻璃陶瓷主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯——主要原料石灰石和粘土純堿、石灰石、石英(過量)黏土反應(yīng)原理復(fù)雜的物理化學(xué)變化復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Na2O·CaO·6SiO2——特性水硬性(跟水摻和攪拌后容易凝固變硬)非晶體，無固定熔點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)軟化可制成各種形狀抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣二、新型陶瓷1、新型陶瓷的特點(diǎn)：新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能2、常見的新型陶瓷及特點(diǎn)(1)碳化硅(SiC)：俗稱金剛砂，碳原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。碳化硅還耐高溫，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等(2)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等(3)壓電陶瓷：壓電陶瓷主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化。可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等(4)透明陶瓷：透明陶瓷主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好。可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測(cè)器等(5)超導(dǎo)陶瓷：超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域三、碳納米材料1、碳納米材料：碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景2、常見的碳納米材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用富勒烯由原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱代表物開啟碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代碳納米管由片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有碳原子直徑厚度的單層石墨應(yīng)用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】1、用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的是()A．鈣沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]表示為Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石(Mg2SiO4)表示為MgO·eq\f(1,2)SiO2C．鉀云母(K2Al6Si6H4O24)表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示為3MgO·4SiO2·H2O2、下列敘述正確的是()A．硅酸鈉是硅酸鹽，但不能溶于水B．電影銀幕用水玻璃浸泡，主要是為了防腐C．建筑工業(yè)常用水玻璃作黏合劑D．用水玻璃浸泡鐵道的木制枕木，主要是為了防火3、下列有關(guān)硅酸鹽的說法中正確的是()A．硅酸鹽中的陰離子都是SiOeq\o\al(2－,3)B．硅酸鹽都難溶于水C．通常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，說明硅酸鹽就是由各種氧化物組成的D．Na2SiO3是一種最簡(jiǎn)單的硅酸鹽，其水溶液可用作黏合劑【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】1、下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中正確的是()A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指：光導(dǎo)纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽2、《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個(gè)謎，近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價(jià))。下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是()A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色C．易溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿D．x等于63、陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯(cuò)誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷具有耐高溫、耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)【課后作業(yè)】1、國(guó)際上已禁止民用產(chǎn)品使用石棉制品，避免吸入石棉纖維而誘發(fā)肺病。某石棉(硅酸鹽)的化學(xué)式可表示為Ca2MgxSiyO22(OH)2，式中的x、y的值分別為()A．8,3B．5,8C．3,8D．8,52、下列有關(guān)普通玻璃的說法不正確的是()A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英B．玻璃在加熱熔化時(shí)有固定的熔點(diǎn)C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起3、硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是()A．瑪瑙B．光導(dǎo)纖維C．太陽能電池D．水晶4、宇航員在升空、返回或遇到緊急情況時(shí)，必須穿上10公斤重的航天服，我國(guó)宇航員的航天服是由我國(guó)科學(xué)家研制的新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．它耐高溫、抗氧化B．它比鋼鐵輕，但質(zhì)地較脆C．它沒有固定熔點(diǎn)D．它是一種新型無機(jī)非金屬材料5、金華市博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)。下列說法不正確的是()A．古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產(chǎn)品B．普通玻璃的主要成分是SiO2C．工業(yè)上制取水泥的主要原料為黏土、石灰石D．婺州窯胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O6、下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是()A．水玻璃是一種礦物膠，既不易燃燒也不受腐蝕B．水泥、玻璃、沙子都是硅酸鹽制品C．高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維D．陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料7、硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯(cuò)誤的是()A．氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C．光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，其主要成分為SiO2D．二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體中硅原子和硅氧單鍵個(gè)數(shù)之比為1∶28、青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()A．青石棉是一種硅酸鹽材料B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原9、現(xiàn)有硅酸鈉、石灰石、二氧化硅三種白色粉末，只用一種試劑就可以將它們鑒別開，該試劑是()A．純水B．鹽酸C．硝酸銀溶液 D．碳酸鈉溶液10、下列關(guān)于硅及其化合物的說法中，正確的是()A．硅可用于制造光導(dǎo)纖維B．水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品C．可用反應(yīng)Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(膠體)制取硅酸D．SiO2既能與HF反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，所以SiO2是兩性氧化物11、硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上(1)下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是________A．陶瓷B．玻璃C．水泥D．生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，性質(zhì)相似，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________，工藝師常用________(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃，其反應(yīng)方程式為______________(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作________(4)工業(yè)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up9(高溫))Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是________________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________________________________________12、氮化硅陶瓷因其熔點(diǎn)高，對(duì)于金屬及氧化物熔體具有相當(dāng)?shù)母邷胤€(wěn)定性，越來越多地被應(yīng)用于熱工的各個(gè)領(lǐng)域，如陶瓷燒成棚板、輥棒，以及高溫軸承、渦輪葉片等(1)下列關(guān)于氮化硅陶瓷的說法正確的是________A．硅粉合成氮化硅的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)B．氮化硅陶瓷屬于硅酸鹽C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的主體材料為氮化硅(2)在燒結(jié)氮化硅陶瓷的過程中，二氧化硅、碳、氮?dú)庖晕镔|(zhì)的量之比3∶6∶2反應(yīng)生成兩種化合物①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________②該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為________________________________________13、硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)SiO2是玻璃的成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________，工藝師常用________(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃(2)用Na2SiO3溶液浸泡過的棉花不易燃燒，體現(xiàn)Na2SiO3的用途為可作________的原料(3)工業(yè)上常用2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑制備粗硅，該反應(yīng)中有元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________14、用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置已略去)：(1)裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是__________________________(2)反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_______________________________________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________(3)為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及______________