化學(xué)必修一4.1《無機(jī)非金屬材料的主角-硅》實(shí)用授課教學(xué)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(shí)驗(yàn)1:向飽和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀鹽酸現(xiàn)象結(jié)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(shí)驗(yàn)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(jié)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(zhì) 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(qiáng)，常用作實(shí)驗(yàn)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(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（ ）A.溶解性：CO2 H2CO3C.熔點(diǎn)：SiO2 CO2（干冰） D.硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質(zhì)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(zhì)，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(jié)構(gòu)復(fù)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(xué)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(guān)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(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸2HCl + Na2SiO3 + H2O = H4SiO4+ 2NaClH4SiO4 H2SiO3 SiO2常溫分解受熱分解無機(jī)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：都含有硅氧四面體 SiO44的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)特性： 穩(wěn)定性強(qiáng)，硬度高，熔點(diǎn)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(qiáng)（4）生產(chǎn)過程：兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成細(xì)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(jì)前50年內(nèi)，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(jì)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(zhì)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(dá)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(fèi)（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(shè)備生產(chǎn)過程反應(yīng)條件水泥成分水泥應(yīng)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(zhuǎn) 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(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。 玻璃的性能：主要化學(xué)反應(yīng)：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫設(shè)問這兩個(gè)反應(yīng)是否違反了復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律？ 復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律僅適用于溶液，不能套用于高溫條件下的反應(yīng)。玻璃 沒有固定的熔點(diǎn)。 沒有一定的熔點(diǎn)而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體之間。）實(shí)例特性定義玻璃態(tài)物質(zhì)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(lán)玻璃紅玻璃化學(xué)儀器玻璃如試管等光學(xué)儀器玻璃如放大鏡鋼化玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維：1964年8月華裔科學(xué)家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為“纖維光學(xué)之

10、父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對光導(dǎo)纖維上同時(shí)傳送3萬門電話且中繼距離長達(dá)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(zhì)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(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大46倍，不易破碎。（5）特種玻璃 中國玻璃硅質(zhì)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(gè)省(區(qū))有189個(gè)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(nèi)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(zhì)原料礦。就礦床成因類型分，以沉積變質(zhì)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(zhì)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(diǎn)，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(yù)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(jī)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(jī)，1990年我國第一臺無水冷發(fā)電機(jī)試車成功。這是繼美、日之后，國際上僅有的幾次試驗(yàn)之一。專家們預(yù)言：隨著新陶瓷技術(shù)的發(fā)展，人類將“重返”“石器時(shí)代，不過是一個(gè)全新的石器時(shí)代?！?一)什么是無機(jī)非金屬材料 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的里程碑。無機(jī)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(jī)材料。六.無機(jī)非金屬材料1、材料2、材料的幾種分類方法(1)按化學(xué)組成和特性分無機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 新型無機(jī)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(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)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(shù)領(lǐng)域。3、生活中的無機(jī)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(dǎo)纖維）電腦的CPU（單晶硅）隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）4 新型無機(jī)非金屬材料：(一）新型無機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)； （3）具有光學(xué)性質(zhì)； （4）具有生物功能；(二)、幾種典型的新型無機(jī)非金屬材料1、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較： 高溫結(jié)構(gòu)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(shí)使用 (1)氧化鋁陶瓷:熔點(diǎn)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(shí)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(lán)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(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物。1 結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)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(dá)1萬小時(shí)2萬小時(shí)，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(qiáng)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(jié)構(gòu)陶瓷做的發(fā)動機(jī)葉片光導(dǎo)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(zhì)量好；質(zhì)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(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信息高速公路的“基石”(1)光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)和用途：2、功能材料光導(dǎo)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(shí)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(zhì)量小,每公里27 g,不怕腐蝕,鋪設(shè)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(qiáng),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(jī)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(zhì)，被用于鉆探、磨削等行業(yè)（2）足球烯: C60由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使它在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、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(xué)性質(zhì)。（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(jìn)化學(xué)反應(yīng)和改變顏色等類似有生命物質(zhì) 的智慧反應(yīng)。 （5）生物材料:生物材料的目標(biāo)是對人體組織的矯形、修復(fù)、再造以維持其原有的功能。生物材料除了應(yīng)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(yīng)，血液相溶性好，無溶血、凝血反應(yīng)（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(dǎo)材料:超導(dǎo)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(yuǎn)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(fèi)哪怕一個(gè)鐘頭時(shí)間的人，說明他還不懂得珍惜生命的全部價(jià)值。達(dá)爾文我不去想是否能夠成功，既然選了