2022年高中化学专题3丰富多彩的生活材料第二单元功能各异的无机非金属材料素材苏教版选修

2022年高中化学专题3丰富多彩的生活材料第二单元功能各异的无机非金属材料素材苏教版选修陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩，明清景德镇的瓷器均久负盛名。传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、砂子、粘土、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石、锆英石、绿柱石、石英等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途硅酸盐制品一般都是以粘土（高岭土）、石英和长石为原料。粘土的化学组成为Al2O32SiO22H2O，石英为SiO2，长石为K2OAl2O3 6SiO2（钾长石）或Na2OAl2O3 6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要的。硅氧四面体SiO4 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体SiO4是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp3 杂化轨道与氧原子成键，SiO 键键长为162pm，比起Si4+和O2-的离子半径之和有所缩短，故SiO键的结合是比较强的。SiO4四面体的每个顶点上的O2-只能为两个SiO4四面体所公用，按照SiO4四面体公用顶点的不同，可将硅酸盐分为四大类：分立型、链型、层型和骨架型，列于下表中。下图示出了一些分立型、链型（单链和双链）、层型和骨架型的硅酸盐骨架。硅酸盐中除了SiO2 外，还含有Al2O3。由于Al3+的半径与Si2+相近，所以Al3+可以置换硅氧四面体中的Si4+，形成铝氧四面体AlO4。由于铝是+3价的，因此置换后必然要引进其他阳离子以保持电荷平衡硅酸盐都需要高温烧结。粘土在高温下先脱水，然后转化为莫来石（3Al2O32SiO2），耐火材料基本上由石英、莫来石和玻璃构成。