5.3 课时1 硅酸盐材料（27页）

(共27张PPT)
硅酸盐材料
第五章 化工生产中的重要非金属元素
1、通过阅读和讨论，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用
2、了解晶体硅、性能和用途，感受其在高科技领域所发挥的重要作用
人类使用的无机非金属材料
一、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
陶瓷 玻璃 水泥
主要原料 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2） 黏土、石灰石
主要成分 Al2O3·2SiO2·2H2O Na2CO3、CaCO3、SiO2 硅酸二钙、铝酸三钙等
反应原理 高温烧结而成 高温下发生复杂的物理和化学变化 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 制混凝土，大量用于建筑和水利工程
一、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
反应条件：
高温熔融
反应方程式：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
加入元素或物质 玻璃特性 用途
含铅原料 光学玻璃:透光性好,折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
硼酸盐 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃 用于建筑和装饰
特种玻璃
（Co2O3、CuO）
水泥
原料：
工业设备：
黏土、石灰石、石膏
水泥回转窑
混凝土：
水泥、沙子和碎石等与水混合
石膏的作用：
条件：
高温煅烧
调节水泥硬化速率
水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。
关于水泥的认识
(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质,因而变硬的水泥不能使用。
(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。
长江三峡大坝使用了大量的水泥
二、硅酸盐的概念、结构与特点
1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。
2．结构：
Si 和 O 构成了硅氧四面体
每个 Si 结合 4 个 O， Si 在中心，O 在四面体的 4 个顶角
许多四面体通过顶角的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．特点：
大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等
二、硅酸盐的概念、结构与特点
最简单的硅酸盐—Na2SiO3
1.物理性质
易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色黏稠的液体，黏性很强。
硅酸钠水溶液呈碱性，易吸收空气中CO2而变质
Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3
3.具体应用
① Na2SiO3溶液（水玻璃）——木材防火、黏胶剂等
②制备硅酸：
2.化学性质
阻燃材料Na2SiO3
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，如：
硅酸钠（Na2SiO3）→ Na2O·SiO2
高岭石（Al2H4Si2O9）→Al2O3·2SiO2·2H2O
资料卡片——硅酸盐的表示方法
顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·非金属氧化物·水
Ca(Al2Si3O10) ·3H2O
Mg2SiO4
Al2(Si2O5)(OH)4
K(Al3Si3O10)(OH)2
CaO ·Al2O3 ·3SiO2·3H2O
2MgO ·SiO2
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
Al2O3·2SiO2·2H2O
将下列硅酸盐改写为氧化物
氧化物之间用小点隔开，若出现分数，需要化为整数。
《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是（ ）
A．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化
B．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
B
小明参观了举世瞩目的北京大兴国际机场，该机场建设时应用了许多先进技术，其中之一是“重载水泥混凝土铺面技术”。下列原料可用于制造普通水泥的是（ ）
A．胆矾 B．纯碱 C．石膏 D．小苏打
C
玻璃
水泥
你了解生活中含硅及其化合物的物品吗？
陶瓷
通讯材料——光导纤维(SiO2)
硅太阳能电池(Si)
芯片的基础材料——硅晶片(Si)
怎么认识硅及其化合物的性质？
【类比思考】根据硅的原子结构示意图以及在元素周期表的位置，找出硅及其化合物并推测对应的性质
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
C
CO2
H2CO3
Na2CO3
自然界中的碳元素既有游离态（石墨、金刚石、C60等）,又有化合态；碳的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第IV A族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应。
硬度高、熔点高、难溶于水，化学性质稳定
2CuO+C 2Cu+CO2↑
石墨
金刚石
C+O2(少量) 2CO
点燃
C+O2(足量) CO2
点燃
C+H2O(g) CO+H2
C + CO2 2CO
高温
高温
高温
硅在自然界以什么形式存在？硅单质具有哪些性质？
水晶
主要成分SiO2
玛瑙
主要成分SiO2
Na2SiO3泡花碱
水溶液俗称水玻璃
主要成分：
3MgO·2siO2·2H2O
蛇纹石石棉
（1）存在：硅元素含量在地壳中居第二位。
硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
三、硅单质的性质
硅单质主要有无定型硅和晶体硅两大类
1.物理性质：晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高。
晶体硅的结构
晶体硅
晶体硅产品
2.化学性质：化学性质稳定，在常温下只能与氟气(F2)、HF、NaOH反应，不能与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸等氧化剂反应，加热时能与氧气、氯气反应。
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
硅处于金属元素和非金属元素过渡位置，单质用作半导体材料。
三、硅单质的性质
1.与氧气反应：
2.与非金属的反应：
3.与碱的反应：
4.与酸的反应（唯一）：
△
Si+O2 == SiO2
Si+2F2 == SiF4
△
Si+Cl2 == SiCl4
高温
Si+C == SiC(金刚砂)
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
Si+4HF == SiF4↑+2H2↑
三、硅单质的性质
小结：化学性质
3.硅的制备
制备原理
制备流程
反应 方程式
用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，
然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑
高温
碳化硅(俗名：金刚砂)
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
提纯
硅晶片是生产芯片的基础材料 　　　
硅太阳能电池
①良好的半导体材料
②太阳能电池
③计算机芯片
4.硅的用途
Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料
价值5元的沙子
SiO2
Si
价值5000元的芯片
点沙 成金
从沙滩到用户
4.硅的用途