06硅酸盐材料高分子材料

高二化学选修1（6） 硅酸盐材料、高分子材料

一、内容概述

1、玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及其用途；

2、生活中常用的塑料、合成纤维和合成橡胶的种类、性能和用途；

3、材料的组成、结构和性能之间的关系；

4、化学是材料科学发展的基础，化学科学的发展对提高人类生活质量起到积极作用。 二、重难点知识剖析

（一）玻璃、陶瓷和水泥

1、硅酸盐工业

（1）概念：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业叫做硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属于硅酸盐工业。

（2）特点：稳定性强，硬度高，熔点高，难溶于水，绝缘，耐腐蚀等。

①原料：均为含硅固体物质（水泥工业用粘土，玻璃工业用石英）

②反应条件：高温

③反应原理：复杂的物理、化学变化

④产品的主要成分：硅酸盐

（3

）水泥和玻璃生产的比较

①水泥熟料中填加石膏，目的是调整水泥的硬化速度（延缓）。

②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”，“远程不序”，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。

③水泥的硬化

在水泥的硬化过程中，水泥不断地与水作用生成不同的水合物，并放出一定的热量。生成的水合物逐步形成胶体物，并开始凝聚，最后，有些胶体物转变为晶体，使胶体物和晶体交错地结合起来，成为强度很大的固体。

2、无机非金属材料的分类

（1）传统无机非金属材料（硅酸盐材料）：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

（2）新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、吸光材料等。

3、硅酸盐材料

（1）水泥：以石灰石、粘土作原料，在高温下发生复杂的物理、化学变化，经溶化、冷却后，再在熟料中加入3%以下的石膏以控制凝结速度，即得普通硅酸盐水泥。

普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO·SiO 2）和铝酸三钙（3CaO·Al 2O 3）等。

（2）玻璃：以纯碱、石灰石、过量石英为原料，在高温下发生复杂的物理、化学变化，在玻璃窑熔融反应后形成玻璃。玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等。玻璃没有固定的熔、沸点。

（3）陶瓷

①制造陶瓷的主要原料：粘土。

②制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。

③陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶器、瓷器、炻器等。

（二）塑料、纤维和橡胶

1、有机高分子化合物的基本性质

（1）有机高分子化合物形成物质是混合物

对高分子材料来讲，它是由许多聚合度不同的高分子聚集在一起（即许多不同的分子），所以通常讲高分子物质属于混合物。

（2）有机高分子化合物一般形成非晶体的分子型物质

高分子化合物分子量虽然很大，但存在单个分子，不属于原子晶体。

（3）溶解性

①一般不溶于水

②有的溶于有机溶剂

常见的良好的有机溶剂有三氯甲烷（氯仿）、丙酮、乙酸乙酯。

（4）热塑性：高分子材料受热到一定温度范围，开始软化直到成液体。冷却后又变固体。

①热塑性：高分子材料受热到一定温度范围，开始软化直到成液体。冷却后又变固体。具有热塑性可证明高分子化合物的物质为非晶体，同时在工业、农业及日常生活中利用热塑性制成各种形状的产品（聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚丙烯等）。

②热固性：有些体型高分子（经加工成型）不会受热熔化（酚醛塑料）。

线型高分子化合物具有热塑性，体型高分子化合物具有热固性。

（5）强度：高分子材料的强度一般都比较大。

（6）电绝缘性：高分子化合物链中的原子以共价键结合，一般不导电，因此广泛用于电气工业上。

此外，有的高分子材料还具有耐化学腐蚀、耐热、耐磨、耐油、不透水等性能。但也有不耐高温、易燃烧、易老化，废弃后不易分解等不足。

2、塑料

塑料是一类可塑性材料，主要成分是合成树脂，一般还要加入能改进机械性能的增强材料和填料，能提高塑性的增塑剂，防老化的防老剂等添加剂，经压制成型或挤压成型等加工处理，才能制成塑料成品。生产塑料的合成树脂较常见的有：

（1）聚氯乙烯塑料

①原料：乙炔、氯化氢；

②单体：CH 2＝CHCl ；

③合成方程式：

n 为200～2000，相对分子质量约为12500～125000。

（2）酚醛塑料

①原料：苯酚、甲醛；

②反应化学方程式：

3、合成纤维

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。

4、合成橡胶

通用橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。

特种橡胶：如耐热和耐酸碱的氟橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等。

人们在长期的生产和科学实验中，认识了天然橡胶的结构，其化学组成是聚异戊二烯，从中得到启发，终于成功地合成了多种橡胶。合成橡胶以石油、天然气为原料，由石油化工生产的二烯烃和烯烃为单体。

（1）丁苯橡胶

①单体：

②合成化学方程式：

（2）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

5、复合材料

复合材料：两种或两种以上高分子材料组合成的一种新型材料

高考解析

例1、（2002年上海，12）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

例2、（1996年全国，32）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。

例3、（2001年春，11）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（ ）

同步测试

一、选择题

1、下列物质中，有固定熔点的是（ ）

A ．玻璃 B ．水泥 C．水玻璃 D ．Na 2O ·SiO 2

2、在普通玻璃的原料中，要得到蓝色玻璃，应加入（ ）

A ．Cu 2O B ．Co 2O 3 C．Fe 2O 3 D ．PbO 2

3、下列对制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中，错误的是（ ）

A ．生产所用设备相同 B ．反应都在高温下进行

C ．原料中均有石灰石 D ．都发生复杂的物理化学变化

4、硅酸盐与二氧化硅一样，都是以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可以用投影图表示成：

其中〇表示氧原子，中心黑点表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成各种不同

的硅酸根离子。试确定在无限长单链阴离子中（如图所示），硅原子与氧原子的个数之比为（ ）

A ．1：2 B ．1：3 C．2：5 D ．2：7

5、下列说法中正确的是（ ）

A ．合成纤维和人造纤维可统称为化学纤维

B ．酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料

C ．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦毛发的臭味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末

D ．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，其综合性质超过了单一材料

6、汽车、火车窗玻璃是（ ）

A ．石英玻璃 B ．光学玻璃 C．玻璃纤维 D ．钢化玻璃

7、陶瓷广泛应用于生活和生产中，下列不属陶瓷制品的是（ ）

A ．电器中的绝缘瓷环 B ．实验室中的坩埚 C．实验室中的试管、烧杯 D ．建筑上烧制的砖瓦

8、石灰石是许多工业的原料之一，但制取下列物质不需要用石灰石的是（ ）

A ．制硅酸 B ．制水泥 C．制玻璃 D ．制生石灰

9、与普通玻璃的成分相同的是（ ）

A ．有色玻璃了 B ．钢化玻璃 C．光学玻璃 D ．石英玻璃

10、下列不属于硅酸盐工业产品的是（ ）

A ．水泥 B ．玻璃 C．陶瓷 D ．化肥

二、综合题

11、一种高聚物分子结构如下图所示：

它是一种制造具有良好耐热耐水性能的高频电绝缘材料的树脂。这是由3种单体在一定条件下通过缩聚反应，脱去小分子——H 2O 而生成的。试由上述高聚物的结构推断合成该高分子化合物的3种单体的结构简式是：________________、____________________、_______________，其物质的量之比为

____________________。

12、一种高强度纤维树脂结构简式为：，它是由3种单体通过缩聚反应而生成的。这3种单体的结构简式是：_______________、_______________、_______________。

13、一种被称为“人造象牙”的树脂其结构简式为

，它是通过加聚反应制得的。据此分析合成“人造象牙”树脂的单体是____________。

14、环氧树脂塑料具有高度粘合力，加工性能好，耐化学腐蚀，其结构简式为：

它是由两种单体通过缩聚反应而成，已知一种单体是 ，则另一种单体的结构简式是_______________。用化学方程式表示上述两种单体通过开环加聚和缩合加聚生成环氧树脂的过程是 __________________________________________________________

15、某酚醛树脂的结构为：

合成这种树脂的两种单体的名称为____________、____________。