2020-2021学年高中化学 新人教版选修2 第三单元化学与材料的发展 课题1 无机非金属材料学案6页

课题 1　无机非金属材料
1．了解水泥、玻璃、陶瓷生产的原理，主要性能和用途。
2．了解几种新型无机非金属材料。
3．认识化学在现代社会、现代科技中的重要作用。
一、传统硅酸盐材料
传统硅酸盐材料一般是以黏土、石英、钾长石、钠长石等为原料生产的，这些原料中一
般都含有[SiO4]4－，空间结构为四面体，结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有稳定性强、
硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。因此由它们制造的陶瓷、玻璃、水泥等
材料，被广泛地应用于生产和生活中。
1．陶瓷：传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成；陶瓷种类很多，主要分
为土器、炻器、瓷器等，原料及烧制温度是影响陶瓷品种和性能的关键技术；陶瓷色彩丰富，
这是釉料中含有的一些金属及其化合物，因发生不同的氧化还原反应，而形成不同的颜色。
2．玻璃：普通玻璃是以石英砂、石灰石和纯碱为主要原料，经过若干工序制成，它的主
要成分为 Na2SiO3 和 CaSiO3，制造过程中发生的主要反应是 Na2CO3＋SiO2 =====
高温

Na2SiO3＋
CO2↑、CaCO3＋SiO2 =====
高温

CaSiO3＋CO2↑；为了得到多种玻璃可加入不同化学物质，如：含
有钾和铅的原料来制造光学玻璃，化学实验中的仪器玻璃中含有 B2O3，加入 Co2O3可得蓝色玻
璃。
3．水泥：普通硅酸盐水泥的生料是石灰石、黏土和辅助原料，在窑中煅烧得到熟料再配
以适量的石膏及其他混合材料即得产品；水泥的主要成分是 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、
3CaO·Al2O3等。
二、新型无机非金属材料
1．新型陶瓷：新型陶瓷突破了以 Si 和 O 两种元素为主的传统组成体系，如 SiC 又称金
刚砂，其制备反应方程式为 SiO2＋3C =====
> 1 900 ℃

SiC＋2CO↑；再如氮化硅，有多种制造方
法(写出制备反应方程式)：
(1)3Si＋2N2 =====
1 300 ℃

Si3N4；
(2)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。
2．单晶硅：高纯度硅制备的主要反应：
(1)SiO2＋2C =====
1 600～1 800 ℃

Si＋2CO↑，

(2)Si＋3HCl =====
250～300 ℃


Cu粉或Ag粉
SiHCl3＋H2，
(3)SiHCl3＋H2 =====
1 100～1 200 ℃

Si＋3HCl。
3．石墨、金刚石和 C60：20 世纪 50 年代石墨转变成金刚石的生产条件是 1_300～1400_
℃、6×106_kPa～7×106_kPa、Fe、Co、Ni等金属作催化剂；化学气相沉积法制造金刚石薄膜
的原理为 CH4 ― ― →
微波或直流放电


基体温度约950 ℃，氢气、稀有气体
C(金刚石)＋2H2。C60材料是碳的另一类
单质，类似约还有 C70、C240、C540、C960等。C60可能成为新型贮氢材料，而 K3C60具有超导性，
可开发出高温超导材料，碳纳米管则具有更大的韧性。
要点一　传统硅酸盐材料
1．传统硅酸盐材料的原料和特点
沙石、黏土、石英、石棉、高岭石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物，传统硅酸盐产品
以黏土、石英、钾长石和钠长石为原料。原料中一般都含有[SiO4]4－，硅氧结构的特点是稳定
性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等。
2．三种常见的硅酸盐产品比较
水泥 玻璃 陶瓷
原料 石灰石和黏土 纯碱、石灰石和石英 黏土
设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
反应原理
在高温下，发生复杂的
物理变化和化学变化
在高温下，发生复杂的
物理、化学变化。其中
的主要反应是：Na2CO3
＋SiO2 =====
高温

Na2SiO3
＋CO2↑；CaCO3＋SiO2
=====
高温

CaSiO3＋CO2↑
手工生产陶瓷的过程
是：原料混合―→加工
成型―→干燥―→烧
结―→冷却等
主要成分
硅酸三钙(3CaO·SiO2)
硅酸二钙(2CaO·SiO2)
铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
Na2SiO3、CaSiO3和过量
的 SiO2熔化后得到的
玻璃态物质
成分复杂
主要性质
水硬性，即细粉状水泥
遇水后变为坚硬的固
体
玻璃没有固定熔点；易
被氢氟酸腐蚀；易被碱
腐蚀
抗氧化、耐酸碱、耐高
温、绝缘、易加工成型
等特点，广泛用于生产
和生活中

其他
水泥的主要用途：非常
重要的建筑材料
几种特种玻璃：光学玻
璃、钢化玻璃、石英玻
璃等
根据原料、烧制温度等
的不同，陶瓷器主要分
为土器、陶器、瓷器、
炻器等
环境问题
在生产硅酸盐产品的过程中，往往会向大气中排...