硅酸盐材料
硅酸盐材料
Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
硅酸盐材料、高分子材料
主讲：黄冈中学优秀化学教师汪响林
知识讲解
一、硅酸盐材料——传统无机非金属材料
1、硅酸盐材料简介
在材料家族里，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料
也称为传统无机非金属材料。像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它们
的制品在我们日常生活中随处可见。由于这些材料的化学组成多
属硅酸盐类，所以一般称为硅酸盐材料。
2、玻璃
（1）原料：纯碱、石灰石、石英砂
（2）设备：玻璃窑
（3）工序：原料粉碎→加热熔融→澄清→成型→缓冷→玻璃
（4）原理：高温下，复杂的物理、化学变化。
主要反应：
（5）玻璃态物质
玻璃态物质是一种特殊的混合物，是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态。玻璃态物质的结构特点是：它的粒子不像
晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排
列，人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序，远程无
序”，就是说，从小范围来看，它有一定的晶型排列，从整体来
看，却像无定形物质那样无晶形的排列规律。所以玻璃态物质没
有一定熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。
（6）种类及特性
种类组成或制造方法特性用途
普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃
器皿等
石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强
度大、滤光
化学仪器、高
压水银灯、紫
外灯罩等
硼酸玻璃
在制造玻璃的过
程中添加了提高玻璃的化学稳定性和
降低它的热膨胀系数，
耐高温和抗化学腐蚀
高级的化学反
应容器
光学玻璃
在制造玻璃的过
程中添加了PbO 透光性好、有折光性和色
散性
眼镜、照相
机、显微镜和
望远用透镜等
玻璃纤维以玻璃为原料经高
温熔制、拉丝、络
纱等工艺制造成
耐腐蚀、耐高温、绝缘、
隔热、防虫蛀
复合材料中的
增强材料如玻
璃钢；绝热保
温材料如宇航
服；光导通信
材料
钢化玻璃普通玻璃在电炉里加热软化
后急速冷却而成的
耐高温、耐腐蚀、高强
度、抗震裂
运动器材、汽
车、火车用窗
玻璃等
有色玻璃
在制造玻璃的过程中
加入金属氧化物制成蓝色（含）、红色
（含）、紫色（含
）、绿色（含
）、普通玻璃的淡
绿色（含二价铁）
艺术玻璃、装
饰材料
变色玻璃在制玻璃过程中掺进了对光
敏感的物质如卤化银和少量
CuO催化剂
光线强时，卤化银见光分
解生成的银微粒吸光而使
玻璃变暗；光线弱时，在
氧化铜的催化下，银和卤
素又化合成卤化银，玻璃
又变透明
变色眼镜等
3、陶瓷
（1）原料：黏土
（2）设备：窑炉
（3）工序：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。
（5）种类：土器、瓷器、炻器等。
（6）彩釉：烧制前，在陶瓷制品胚体表面涂一些含金属及其化合物的釉料，在烧结过程中因窑内空气含量的变化而发生不同的氧化还原反应，即产生表面光滑、不渗水且色彩丰富的一层彩釉。
彩釉中的金属元素
烧制时空气用量与彩釉颜色
空气过量空气不足黄、红、褐、黑蓝、绿黄绿红
紫、褐褐、黑褐黄、绿、褐蓝绿
蓝、淡蓝蓝
（7）特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。
4、水泥
（1）原料：黏土、石灰石、辅助原料
（2）设备：水泥回转窑
（3）工序：原料研磨得生料→生料煅烧得熟料→再配以适量辅料（石膏、高炉矿渣、粉煤灰等）→研磨成细粉→水泥
（4）原理：复杂的物理化学变化。
（5）成分：硅酸三钙（）、硅酸二钙
（）、铝酸三钙（）、铁铝酸钙
（）等。
（6）特性：水硬性（石膏的作用是调节水泥硬化速度）。
5、对比小结
水泥玻璃陶瓷主要设
备
水泥回转窑玻璃窑窑炉主要原
料
石灰石和黏土纯碱、石灰石、石英黏土
反应原理复杂的物理化学变化略
复杂的
物理化
学变化
反应条高温高温高温
件
生产工序磨→烧→磨原料→熔体→玻璃
混合→
成型→
干燥→
凝结→
冷却→
陶器
主要成
分
硅酸盐
种类不同等级普通玻璃、特种玻璃土器、瓷器、炻器等
特性水硬性无固定熔沸点，在一定温
度范围内软化可制成各种
形状
抗氧
化、抗
酸碱腐
蚀、耐
高温、
绝缘体
6、玻璃和陶瓷的新发展——新型无机非金属材料
（1）光导纤维
光导纤维简称光纤，是用来传递光信号和图象信号的纤维。制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无
水石英（）是常用的光导纤维材料。近年来，光导纤维用于光通信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电话、科研等方面都有广泛的用途。
（2）高温结构陶瓷
①碳化硅陶瓷
碳化硅（SiC，俗称金刚砂），熔点高（2450℃），硬度大（），化学性质稳定。重要的工业磨料、模具、特种耐火材料制品。最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境。作为高温结构陶瓷，日益受到人们的重视。工业制取：
②氮化硅陶瓷
氮化硅（Si3N4），熔点高、硬度大，化学性质稳定。有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、转子、叶片、燃烧室喷嘴等高温零件以及高温下使用的模具等。工
业制取：
或
二、高分子材料
高分子材料与其他材料相比，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易于加工成型等特点。但也普遍存在四个弱点，
即强度不够高，不耐高温、易燃烧和易老化。高分子材料由于其
品种多，功能齐全、能适应多种需要，加工容易，适宜于自动化
生产，原料来源丰富易得、价格便宜等原因，已成为我们日常生
活中必不可少的重要材料。
1、高分子化合物的相关概念
高分子化合物的相对分子质量虽然很大，但其化学组成一般却比较简单。例如，聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯结合而成：
单体——聚合成高分子化合物的小分子化合物。
链节——组成高分子链的重复结构单元。
聚合度——高分子链所含链节的数目。
注：从单个分子来说，高分子有一定的聚合度，也就是说，是某一个整数，所以它的相对分子质量是确定的。但对一块高
分子材料来说，它是由许多聚合度相同或不相同的高分子聚集起
来的。因此，我们从实验中测得的某种高分子的相对分子质量只
能是平均值，高分子的这种特性跟小分子是不同的。
2、高分子化合物的结构及性质特点
（1）线型结构：分子中有独立的大分子存在，分子链中以单键相连的相邻两链节之间还可以保持一定的键角而旋转，因此，
一个分子链在无外力作用时会有众多的分子空间形态，绝大部分
为卷曲状。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为链的柔顺性，它对
高聚物的弹性和塑性等有重要影响。
热塑性：有机高分子化合物（如聚乙稀）受热熔化成流动的液体，冷却后成固体，这种现象叫热塑性。
（2）体型结构：整个高分子已键合成一个整体，分子中无独立的单个大分子存在，可以看成是线型或支链高分子间以化学键
交联而成的立体网状结构，因此只有交聚度的概念。
热固性：有机高分子化合物加工成型后受热不会熔化，这种现象叫热固性。如酚醛塑料。
3、高分子化合物的分类
4、常见塑料
5、合成纤维
（1）纤维的分类
合成纤维是由线型高分子加工制成的。高分子链之间以分子间力相作用，有的还有氢键的作用，有很好的强度和弹性，耐磨、耐腐蚀性也很好。合成纤维品种繁多。
（2）合成纤维原料：石油、天然气、煤等
（3）6大纶：氯纶、锦纶、维纶、腈纶、涤纶、丙纶。
6、合成橡胶
橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶其化学组成是聚异戊二烯，其结构简式为：
合成橡胶：人们仿造天然橡胶的结构，合成了各种各样的合成橡胶。合成橡胶在某些性能上往往优于天然橡胶，例如耐磨、耐油、耐寒等方面。下面列举几种常见的合成橡胶的性能及用途。
硫化橡胶
优点：具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等
三、复合材料
1、含义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材
料。其中一种材料作为基体，其他的材料作为增强剂。
2、优异的性能：强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀，在综合性能
上超过了单一材料。
3、应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类
健康等方面。
例题分析
例1、在制取水泥、玻璃的生产中，共同使用的主要原料是
（）
A．Na2CO3B．石灰石
C．石英D．焦炭
答案：B
例2、下列属于新型无机非金属材料的是（）
①高强度水泥②钢化玻璃③氧化铝陶瓷④光
导纤维
A．①②B．②③
C．③④D．①④
答案：C
例3、下列塑料可作耐高温材料的是（）
A．聚氯乙烯B．聚四氟乙烯
C．聚苯乙烯D．有机玻璃
答案：B
例4、橡胶属于重要的工业原料。它是一种有机高分子化合物，
具有良好的弹性，但强度较差。为了增加某些橡胶制品的强度，
加工时往往需进行硫化处理。即将橡胶原料与硫磺在一定条件下
反应；橡胶制品硫化程度越高，弹性越差，下列橡胶制品中，加
工时硫化程度较高的是（）
A．橡皮筋B．汽车外胎
C．普通气球D．医用乳胶手套
答案：B
- -
同步测试
一、选择题
1、美国科学家分析哈勃望远镜拍摄的照片发现，月球上有丰富的
绿柱石矿藏，绿柱石又称绿宝石，其主要成分为Be n Al2
（Si6O18），也可以用二氧化硅和金属氧化物的形成表示，则n为A．1 B．2
C．3 D．4
2、下面对二氧化硅的叙述中，不正确的是
A．二氧化硅是一种坚硬难溶的固体，化学性质不活
泼
B．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸
C．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸反应
D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别
3、地壳岩石中含有很多复杂的硅酸盐，像花岗石里的正长石
（KAlSi3O8）在空气中长期风化，进行复杂的变化后，能生成的物质是
A．黏土、砂和无机盐
B．高岭土、硅酸盐和氯化钾
C．滑石粉、刚玉和硝酸钾
D．石灰石、沸石和硅酸钾
4、为了延长食品保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应该放入的化学物质是
A．硅胶、硫酸亚铁B．食盐、硫酸亚
铁
C．生石灰、食盐D．无水硫酸铜、
蔗糖
5、已知高岭土的组成表示为Al2Si2O x(OH)y其中x、y的数值分别是
A．7、2 B．5、4
C．6、3 D．3、6
6、下列不属于硅酸盐材料的是
A．水泥B．陶瓷
C．砖瓦D．刚玉
7、下列说法正确的是
①普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe3＋；②坩埚、蒸发
皿都属于陶瓷制品；③“唐三彩”是一种玻璃制
品；④高温下CaSiO3比CaCO3稳定。
A．①②B．②③
C．③④D．②④
8、普通玻璃中含13%的Na2O、%的CaO、%的SiO2，用氧化物的形式表示普通玻璃组成的化学式是
A．Na2O·2CaO·6SiO2
B．2Na2O·CaO·6SiO2
C．Na2O·CaO·6SiO2
D．Na2O·2CaO·SiO2
9、在普通玻璃的原料中，要得到蓝色玻璃，应加入
A．Cu2O B．Co2O3
C．Fe2O3 D．胆矾
10、玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是
A．烧碱B．纯碱
C．氢氟酸D．盐酸
11、下列不属于有机高分子材料的基本性质的是
A．热塑性和热固性B．延展性
C．高强度D．电绝缘性
12、关于高分子化合物性质的叙述不正确的是（双选）
A．硫化橡胶为体型网状结构
B．从实验测得的某高分子化合物的相对分子质量和
小分子的相对分子质量含义相同
C．线型结构的高分子材料分子间是靠分子间作用力
紧密结合的，所以它的强度一定小
D．线型结构的高分子，可带支链，也可不带支链
13、“神舟七号”回收伞不同于普通的航空伞，它是采用强力高、重量轻、缓冲性好的特制涤纶材料制成的，伞撑开的面积有1 200平方米。下列关于涤纶材料的说法中不正确的是
A．涤纶属于高分子材料
B．“神舟七号”回收伞用的这种涤纶材料耐高温
C．涤纶属于塑料
D．合成涤纶的反应属于聚合反应
14、下列说法正确的是
A．可用橡胶袋盛装汽油B．可用聚乙烯
塑料桶盛水
C．可用聚氯乙烯袋盛装食品D．可用聚丙烯
作农用薄膜
隐藏提示
提示：
1、C Be为ⅡA族元素，根据化合物化合价代数和为零的原则有：（＋2）n＋（＋3）×2＋（＋4）×6＋（－2）×18=0，n=3，故选C。
2、C 二氧化硅可与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。
3、A 依照反应前后元素种类不变，采用排除法：B选项中有氯，C 选项中有氮，D选项中有钙，均不合理。
4、A 硅胶可作干燥剂，吸水防潮；硫酸亚铁可除去包装袋中的氧气，防止富脂食品氧化变质。
5、B 根据化合价规则：Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，OH 为－1价，则有：2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）=0，化简得：2x＋y=14，只有B选项符合此不定方程。
6、D 刚玉的成分是Al2O3。
7、D 普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe2＋；“唐三彩”是一种陶瓷工
艺品；由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可知，高温下CaSiO3比CaCO3稳定，可见②④正确，选D。
8、C 玻璃中n（Na2O）∶n（CaO）∶n（SiO2）
=。
9、B 加入Co2O3得蓝色玻璃，俗称“钴玻璃”；而加入Cu2O得红色玻璃。
10、C 氢氟酸能和SiO2反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，利用这个反应可以进行玻璃雕花等；烧碱虽然也能和SiO2反应：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，但该反应速率较慢，不适宜于进行玻璃雕刻；故选C。
11、B 高分子化合物的结构是稳定的，原子之间不能随便移动，故不具有延展性。
12、BC 高分子的相对分子质量是平均相对分子质量，而小分子的
相对分子质量是确定的；线型结构的高分子，许多链节聚集在一起时，相互间的缠绕使得许多分子间接触的地方以分子间作用力紧密结合，使高分子材料的强度大大增加，相对分子质量越大，分子间作用力就越强。
二、综合题
15、如图所示，已知①单质E可作半导体材料；②化合物F是不
能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化
物A起反应。
据此回答：
（1）化合物F是__________；
（2）化合物I是__________；
（3）反应④的化学方程式是_____________________。
隐藏答案
15、（1）CO；（2）HF；（3）2F2＋2H2O=4HF＋O2
提示：从半导体材料入手进行分析，E可能是硅元素；化合物F 为不成盐氧化物，常见不成盐氧化物为CO和NO，结合框图中转化关系可推知E和F分别为Si和CO，则A为SiO2，B为C，反应①的化学
方程式为：SiO2＋2C Si＋2CO↑。化合物A是SiO2，它除了与HF 反应外不与任何酸起反应，由此可判断化合物I是HF，由“氧化物C ＋单质D HF＋单质H”可推知反应④为：2F2＋2H2O=4HF＋O2。由
此可推断出全部物质，反应③为：2H2＋O22H2O；反应②为：C＋
H2O（g）CO＋H2。本题要求在全面掌握元素及其化合物性质的基础上，善于抓住硅单质的特殊性质为突破口和切入点，其他将迎刃而解。
16、氮化硅是一种非氧化性高温陶瓷结构材料，粉末状Si3N4可以
由四氯化硅的蒸气和氨气混合反应制取。粉末状Si3N4对空气和水
都不稳定，但是将粉末状Si3N4和适量的MgO在230××105Pa和
185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密，对空气和水
都相当稳定的固体材料。
（1）写出由四氯化硅和氨气制备Si3N4的化学方程式
_______________________。
（2）分别写出粉末状Si3N4和水及氧气反应的化学方程式
_________________、_________________。
（3）为什么结构紧密的固体Si3N4不再受水和氧气的侵蚀
_____________________。
隐藏答案
16、（1）3SiCl4＋4NH3=Si3N4＋12HCl
（2）Si3N4＋6H2O=3SiO2＋4NH3↑；Si3N4＋3O2=3SiO2＋2N2
（3）Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4固体表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的氧和水的侵蚀。
提示：（1）SiCl4与NH3反应生成Si3N4，同时应该有HCl生成，即3SiCl4＋4NH3=Si3N4＋12HCl。（2）由于Si—N键的键能小于Si—O 键的键能，Si3N4与H2O反应时，Si—N键要向Si—O键转化，生成SiO2的同时应该有NH3生成，同样Si3N4与O2反应时，产物为SiO2和N2。即Si3N4＋6H2O=3SiO2＋4NH3↑，Si3N4＋3O2=3SiO2＋2N2。（3）Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4固体表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的氧和水的侵蚀。
17、聚苯乙烯的结构为，试回答下列问题：
（1）聚苯乙烯的链节是__________，单体是__________。
（2）实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量（平均值）为52 000，则该高聚物的聚合度n为__________。
（3）已知聚苯乙烯为线型结构的高分子化合物，试推测：
__________溶于CHCl3，具有__________（填“热塑”或“热固”）性。
隐藏答案
17、（1）；
（2）500
（3）能；热塑
18、现有下列10种有机物：①淀粉②油脂③聚苯乙烯④聚
乙烯⑤有机玻璃⑥淀粉酶⑦聚四氯乙烯⑧蚕丝⑨硅橡胶⑩腈纶
（1）属于天然有机高分子化合物的是
_________________________________；
（2）属于合成有机高分子化合物的是
_________________________________。
隐藏答案
18、（1）①⑥⑧
（2）③④⑤⑦⑨⑩
解析：淀粉、淀粉酶、蚕丝属于天然高分子化合物；油脂不是高分子化合物。
高考解析
例1、（重庆）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是
（）
材料主要化学成分
A 刚玉、金刚石三氧化二铝
B 大理石、石灰石碳酸钙
C 普通水泥、普通玻璃硅酸盐
D 沙子、石英二氧化硅
解析：
本题考查对物质组成成分的认识。刚玉是三氧化二铝，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是三氧化二铝，A项错误。
答案：A
例2、（广东理基）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②B．②③
C．①④D．③④
解析：
水晶是二氧化硅，不是硅酸盐，排除A和B；光纤是二氧化硅的应用，排除D。
答案：C
例3、（山东）下列叙述错误的是（）
A．合金材料中可能含有非金属元素
B．人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子
化合物
C．加热能杀死流感病毒是因为病毒的蛋白质受热变
性
D．在汽车排气管上加装“催化转化器”是为了减少
有害气体的排放
解析：
光导纤维的主要成分是二氧化硅，不是有机高分子材料，B 项错误。
答案：B
例4、（上海）维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性
能都特别好的氟像胶。它的结构简式为：。合成它的单体为（）
A．氟乙烯和全氟异丙烯
B．1，1—二氟乙烯和全氟丙烯
C．1—三氟甲烯和全氟丙烯
D．全氟异戊二烯
答案：B
解析：
分析链节主链的结构可以看出，其应是加聚反应的产物。链节主链上没有双键，其单体分子中应含一个双键，从链节主链中间断开，两个碳原子间分别恢复双键，得两分子单体，为1，1—二氟乙烯和全氟丙烯。
例5、（全国）Nomex纤维是一种新型阻燃性纤维。它可由间苯二甲酸和间苯二胺在一定条件下以等物质的量缩聚合成。请把Nomex纤维结构简式写在下面的方框中。
答案：
解析：
审明题意，是“等物质的量缩聚而成”。而缩聚反应是单体去掉部分原子或原子团相互结合成小分子，其余部分相互连续成高分子化合物，分析两种单体只能是—COOH基与—NH2基缩去水而形成肽键。此题一定要写成缩合反应。如：
例6、婴儿用的一次性尿片中有一怪吸水保水的物质。下列高分子中有可能采用的是（）
答案：B
解析：
此题考查了学生利用所学知识解释实际问题的能力。选项A、C是乙烯卤代物的高聚物，不溶于水，选项D是一种聚酯，也不溶于水，故都不会吸水