第一节  无机非金属材料的主角—硅（2）

【引言】中国誉称“瓷国”。陶瓷是我中华民族一项最伟大的创造，具有悠久而辉煌的历史。原始陶器大约是1万年前出现在中国。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志，秦兵马俑的制造展示了当时制陶规模和高超的动手术与艺术水平。瓷器在东汉晚期发明，到宁朝形成了举世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、“定”、“官”几大名窑，其制品工艺之精湛达到“青如天”、“薄如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。

秦兵马俑和古陶器的图片。

【板书】三、硅酸盐

1、硅酸盐

（1）定义：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的复杂化合物的总称。

（2）物理性质：一般不溶于水。

（3）化学性质：性质稳定，不易和别的物质反应。

（4）硅酸盐组成的表示方法：

  硅酸盐种类繁多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成。书写顺序为：金属氧化物、二氧化硅、水。若有两种金属氧化，则活泼的在前，较不活泼的在后。用氧化物形式表示下列硅酸盐：

镁橄榄石[Mg₂SiO₄]                     2MgO·SiO₂

高岭土[Al₂(Si₂O₅)(OH)]                 Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

正长石[K₂Al₂Si₆O₁₆ ]                            K₂O ·Al₂O₃·6SiO₂

2、硅酸钠

    硅酸盐种类很多，大多难溶于水，可溶性硅酸盐，最常见的是Na₂SiO₃。它的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱。

   ①物理性质：水溶液是一种无色粘稠的液体。

②化学性质：

Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃ +2NaCl  Na₂SiO₃+ H₂O+CO₂= H₂SiO₃ + Na₂CO₃

③应用：

可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。实验室里用于制H₂SiO₃，工业上可制成硅酸凝胶，处理后就得硅胶，硅胶是一种很好的干燥剂和催化剂载体。

    实验4-2：Na₂SiO₃的防火作用

【过渡】从古到今，人类创造性的生产出了几大类硅酸盐产品，它们给人类的生活带来了巨大的变化。

3、传统的硅酸盐材料

（1）陶瓷

①制法：陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成。

②分类：陶瓷是陶器和瓷器的统称。陶瓷的种类很多，根据原料、烧制温度等的不同，主要分为土器、陶器、瓷器和炻器等。

陶器：用一般的粘土制成形体，干燥后在窑内于1000℃以下的温度下烧结而成的。陶器表面粗糙，有多孔，容易渗水。为了弥补这一缺陷，常于烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑、不渗水。常用陶器有缸、盆、坛。

瓷器：是用纯净的粘土加入一定量的石英和长石粉末，制成坯、干燥、上釉，在窑内于1200℃~1400℃的高温下烧结而成的，如瓷壶、瓷杯、瓷碗等。瓷器质地致密，不渗水。

    炻器：是介于瓷器和陶器之间的一种陶器制品，如沙锅、水瓮等。

③特性：陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘好等性质，制作时易加工成型。

（2）玻璃

 ①主要原料：石英、碳酸钠、石灰石

②生产原理：

SiO₂ + Na₂CO₃ =Na₂SiO₃ + CO₂   SiO₂ +CaCO₃=CaSiO₃ + CO₂

③特性：玻璃通常为表面光滑、致密、硬而脆的固体。

在高温时逐渐软化甚至变为液体。高温熔融的液态玻璃能抽成细丝。有的玻璃为无色，有的玻璃有蓝色、绿色或棕色等。无色玻璃透光性好，有色玻璃透光性差。一般玻璃不导电，导热性也很弱。

   （3）水泥

   ①主要原料：粘土、石灰石；辅料：石膏

②普通水泥主要成分：

硅酸三钙（3CaO·SiO₂） 、硅酸二钙 （2CaO·SiO₂）、铝酸三钙 （3CaO·Al₂O₃）

③特性：水泥有水硬性。

水硬性是细粉状水泥遇水后变为坚硬、块状固体的性质。与水泥的水硬性相对应的变化叫做水泥的硬化。石膏能延缓水泥的硬化速率。

4、新型硅酸盐材料——具有特殊功能的含硅材料

（1）碳化硅：

具有金刚石的结构，硬度很大，可以用作砂轮、砂纸的磨料。

（2）硅钢：

含4%硅的硅钢，具有高导磁性——变压器铁芯。

（3）硅橡胶：

人工合成的硅橡胶，在高温或低温下都能保持良好的弹性——制造火箭、导弹、飞机的零件；绝缘材料。

（4）分子筛：

人工制造的分子筛，具有均匀微孔结构，主要用作吸附剂和催化剂。

【科学视野】学生自己阅读科学视野，了解新型陶瓷和土壤胶体。

（5）新型陶瓷：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

5、土壤胶体： 胶体颗粒表面积大，带负电，有保肥作用。

【过渡】硅在地壳中的含量为27.72%，仅次于氧居第二位，所以硅的化合物随处可见。人类虽然在一万年前制出了陶器，五千年前古埃及人发明了玻璃。而人类真正认识硅元素是在1823年由瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获得单质硅的。

四、硅单质

1、硅单质的分类：硅单质分为无定形硅和晶体硅两类。

2、晶体硅的性质

（1）结构：类似金刚石

（2）物理性质：灰黑色固体，有金属光泽；熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，是信息技术的关键材料。

（3）化学性质：常温下化学性质、不活泼

①硅和氧气反应：Ｓi＋Ｏ₂ＳiＯ₂

②硅和强碱反应：Ｓi＋2ＮaＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｎa₂ＳiＯ₃＋２Ｈ₂

     3、制法： 用适量碳还原二氧化硅得到粗硅。将粗硅与氯气在高温下反应，得液态不纯的四氯化硅，经分馏提纯用氢气还原即可得纯硅。

2C+SiO₂Si+2CO↑   Si+2Cl₂SiCl₄     SiCl₄+2H₂Si↓+4HCl

4、用途：良好的半导体材料——计算机芯片、光电池（太阳能电池）。

〖板书设计〗二、硅酸盐

1、硅酸盐概述；2、硅酸钠；3、传统的硅酸盐材料

4、新型硅酸盐材料——具有特殊功能的含硅材料

三、硅单质

1、硅单质的分类：分为无定形硅和晶体硅两类。

2、晶体硅的性质； 3、制法：    4、用途：

〖教后记〗