无机非金属材料的主角-硅PPT课件.ppt

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1、第一节无机非金属材料的主角硅,Si-26.30%,硅的存在与分布,存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以氧化物和硅酸盐的形式存在）分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。,图 4-1 硅的广泛存在,硅和碳一样,其原子既不易失去电子，也不易得到电子，所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,C,Si,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石和许多矿物的主要元素,从原子结构认识硅,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,物性：,化性：,1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体2、熔点高、硬度大,硅的化学性质不活泼，常温下，与氢氟酸、氟气、强碱反应。加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2

2、 O2)反应。,一、硅单质,1、与氟气反应：,2、与氢氟酸反应：,3、与强碱溶液反应：,4、与氯气反应：,5、与氧气反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,高温,5.用途,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.,硅太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,纯硅的制备,课本P81 9T,结晶形（石英晶体）无定形硅藻土,水晶玛瑙,二、二氧化硅（SiO2）,1、存在:,硅石,无色透明,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。,每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心

3、,O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。,硅原子,二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。,SiO4四面体结构,立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,2、结构,物理性质:_,化学稳定性:_,通常条件下，很稳定,硬度大、熔点高、难溶于水,3、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼）,1、具有酸性氧化物的通性,（1）与强碱反应生成盐和水,（2）与碱性氧化物反应生成盐,（有粘性，其溶液俗称水玻璃）,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞,NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2

4、SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。,原因,此反应常用于雕刻玻璃,思考:实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,HF能腐蚀玻璃.因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,与水反应,与碱性氧化物反应,与碱反应,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,不能反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,能与氢氟酸反应,SiO2 CaO=CaSiO3,高温,二氧化硅和二氧化碳的性质比较,4、SiO2的用途,现代通信用光缆,光学纤维胃镜,用光导纤维做无开刀手术,光导纤维手术头灯,光

5、导纤维,三、硅酸(H2SiO3),硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水；是一种弱酸，酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色。,思考,二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，如何制得硅酸呢？,实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,滴入酚酞溶液呈红色,Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl,实验探究,滴入盐酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动），当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。硅胶的用途：干燥剂（吸水），吸附剂（多孔），催化剂的载体。,用H2CO3可制得

6、H2SiO3，可证明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3,Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3,向Na2SiO3溶液中通如CO2也可生成H2SiO3,四、硅酸盐,结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。,硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,实验4-2,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,制备木材防火剂的原料,2、硅酸盐组成表示,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,Na2O SiO2,2Mg

7、O SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,K(Al3Si3O10)(OH)2,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O）生产设备：陶瓷窑生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型,陶 瓷,生产原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃窑反应原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,玻 璃,有色玻璃,钢化玻璃,加入了不同的金属氧化物,普通玻璃加热接近熔化再急速冷却,玻璃,生产原料：石灰石、黏土（CaCO3、Al2O32SiO22H2O）生产设备：水泥回转窑主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3,水 泥,具有特殊功能的含硅物质,1、碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。,2、硅 钢（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯,3、硅橡胶,4、分子筛,新型无机非金属材料：,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,科学视野,图4-10生物陶瓷制成的人造骨,硅酸盐,无机非金属材料,传统无机非金属材料,新型无机非金属材料,陶瓷玻璃水泥,高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷,作业,完成课后练习题完成学案练习及巩固提高,