第一节无机非金属材料主角——硅.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章 非金属及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角,硅,1,一、硅元素,1,、在地壳中含量,第二,（,26.3%,，仅次于氧）,2,、存在：没有游离态，只有化合态,3,、分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。,2,二氧化硅、硅酸盐；地壳中含量,26.3%,。约占地壳质量的,90%,以上。,构成岩石和矿物的基本元素是,硅,3,1,、,硅的原子结构,硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物,.,二,、,硅单质,+14,2 8 4,Si,2 4,+6,C,4,2,、,硅的性质,硅有,晶体硅,和,无定形硅,两种。,晶体硅：金属光泽、灰黑色、熔点高、硬度大、有脆性,导电性介于导体和绝缘体之间。是良好的,半导体,。,物理性质,5,常温下只与,F,2,、,HF,、强碱反应,加热时：与,O,2,等反应,Si +O,2,=SiO,2,Si+2F,2,=SiF,4,Si+4HF=SiF,4,+2H,2,3,、化学性质：,Si+2NaOH+H,2,O=Na,2,SiO,3,+2H,2,6,4,、硅的工业制法,硅的制取：,工业上制取单质硅是先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅，然后将粗硅在高温下跟氯气 反应生成一种液态物质。经蒸馏提纯后，再用氢气高温还原制得纯硅。（写出上述反应的化学方程式）,7,1,、制粗硅,SiO,2,+2C =Si+2CO,高温,2,、粗硅提纯,Si+2Cl,2,=SiCl,4,SiCl,4,+2H,2,=Si+4HCl,高温,4,、硅的工业制法,高温,8,硅,可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。,半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命,5,、,硅,的用途,9,硅石,结晶形,无定形,石英晶体是结晶的,SiO,2,。,石英中无色透明的晶体叫做水晶，,具有彩色环带状或层状的叫玛瑙,三、二氧化硅,(SiO,2,),10,石英,玛瑙,水晶,11,二氧化硅的晶体结构示意图,180,109,28,Si,o,共价键,2,、网状结构决定了,SiO,2,具有优良的性质,12,SiO,4,四面体结构,网状结构决定了,SiO,2,具有优良的物理和化学性质,13,物理性质,:_,化学稳定性,:_,硬度大、熔点高、难溶于水,很稳定,SiO,2,具有哪些物理性质？化学稳定性如何？,14,二氧化硅的化学性质,1,、与氢氟酸反应,SiO,2,CaO,CaSiO,3,高温,SiO,2,+4HF=,SiF,4,+2H,2,O,2,、与碱性氧化物反应,（刻蚀玻璃）,HF,怎么保存？,保存在,塑料瓶,中,15,3,、与强碱反应,SiO,2,2OH,SiO,3,2,H,2,O,SiO,2,2NaOHNa,2,SiO,3,H,2,O,为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？,因为,玻璃中的,SiO,2,与,NaOH,溶液反应生成有粘性的,Na,2,SiO,3,，使瓶塞和瓶口粘在一起。,16,雕花玻璃,17,用途：制光导纤维、电子工业重要部件、光学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造石英电子表、石英钟等。,18,二氧化硅与二氧化碳的比较,二氧化碳,CO,2,二氧化硅,SiO,2,物理性质,物质分类,与酸,反应,与,碱性氧化物反应,与碱,反应,与水,反应,均属于酸性氧化物,CO,2,CaO,CaCO,3,CaO,SiO,2,CaSiO,3,高温,CO,2,2NaOH,Na,2,CO,3,+H,2,O,SiO,2,2NaOH,Na,2,SiO,3,+H,2,O,CO,2,H,2,OH,2,CO,3,不反应,SiO,2,+4HF=,SiF,4,+2H,2,O,不反应,无色、无味气体，,可溶于水,无色晶体、熔点高、,硬度大、难溶于水,19,四、硅酸,(H,2,SiO,3,),（,1,）物理性质：白色固体，难溶于水,（,2,）化学性质,不稳定，加热易分解,H,2,SiO,3,SiO,2,+H,2,O,弱酸，可与强碱反应,（酸性比碳酸还弱）,H,2,SiO,3,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+2H,2,O,20,（,3,）制法,SiO,2,2NaOH,Na,2,SiO,3,H,2,O,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,（,胶体）,+2NaCl,（强酸制弱酸）,思考：,SiO,2,是,H,2,SiO,3,的酸酐，但,SiO,2,不能直接和水反应，应该如何制备,H,2,SiO,3,？,21,现象,结论,反应式,实验,在试管中加入,3-5mL Na,2,SiO,3,溶液，滴入,1-2,滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。,滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成,Na,2,SiO,3,溶液呈碱性，与酸反应生成了,H,2,SiO,3,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,（胶体）,+2NaCl,22,硅酸浓度较大时，会形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。,硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶称为“硅胶”。,硅胶多孔，吸附水分能力强，常做,干燥剂,，也可以作为催化剂的载体,硅胶泳帽,硅胶干燥剂,23,五、硅酸盐,硅酸盐,是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,具有以下特点：,结构复杂,一般不溶于水,化学性质很稳定,24,硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”或“泡花碱”,1,、,Na,2,SiO,3,（最简单的硅酸盐）,（,1,）物理性质：白色固体，可溶于水,（,2,）化学性质,稳定，不能燃烧，不易腐蚀，热稳定性强,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,+2NaCl,Na,2,SiO,3,+CO,2,+H,2,O=H,2,SiO,3,+Na,2,CO,3,（,3,）做肥皂填料、木材防火剂、黏胶剂,25,实验,4-2,取两张滤纸条，分别放入蒸馏水和饱和,Na,2,SiO,3,溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别在酒精灯外焰点燃。观察现象。,放入蒸馏水,放入,Na,2,SiO,3,饱和溶液,现象,结论,当水分蒸发后燃烧,当水分蒸发后不易燃烧,用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火,26,2,、硅酸盐组成的表示方法,（,1,）化学式法,例：硅酸钠：,Na,2,SiO,3,硅酸钙：,CaSiO,3,（,2,）氧化物法,例：,硅酸钠：,Na,2,SiO,3,可以写成,Na,2,O SiO,2,硅酸钙：,Ca,SiO,3,可以写成,Ca,O,SiO,2,27,要领：两边原子个数守恒，化学计量数配置应为,整数,格式：金属氧化物、二氧化硅、水,顺序,：,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,拆分原则,28,高岭石：,Al,2,(Si,2,O,5,)(OH),4,钠长石,:,NaAlSi,3,O,8,正长石,:,KAlSi,3,O,8,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,Na,2,O Al,2,O,3,6SiO,2,K,2,O Al,2,O,3,6SiO,2,练习：将以下硅酸盐改写为氧化物的形式,29,3,、硅酸盐产品,（,1,）三种常见的无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥,30,1.,陶瓷,（,1,）主要原料：,黏土,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,（,2,）成分：硅酸盐,（,3,）特性：抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，易成形。,（,4,）用途：餐具、砖瓦、瓷坩埚、蒸发皿,31,钧瓷,32,2.,玻璃,（,2,）成分：,Na,2,SiO,3,CaSiO,3,和,SiO,2,（,3,）特性：无固定的熔点,（,4,）用途：制造有色玻璃、钢化玻璃、光学玻璃等,（,1,）原料,:,石灰石，纯碱，石英,33,几种常见玻璃简介,普通玻璃,因,混有铁的化合物显浅绿色,蓝,玻璃,红,玻璃,化学仪器玻璃,如,试管等,光学仪器玻璃,如,放大镜,钢化玻璃,光纤玻璃,光导纤维：,1964,年,8,月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送,3,万门电话且中继距离长达,2050Km,，,保密性能好。,在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。,把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大,46,倍，不易破碎。,34,3.,水泥,（,1,）原料：石灰石，黏土，石膏,（,2,）主要成分,硅酸三钙,3CaOSiO,2,硅酸二钙,2CaOSiO,2,铝酸三钙,3CaOAl,2,O,3,（,3,）特性：水硬性，吸水性强,（,4,）用途：建筑材料,35,碳化硅（金刚砂）,可用来做磨具，如,砂轮,（,2,）,具有特殊功能的含硅物质,36,硅钢,导磁性良好，用作变压器铁芯,37,硅橡胶,38,分子筛,具有均匀微孔结构的铝硅酸盐,可用作吸附剂和催化剂,39,生物陶瓷,人造骨,40,41,