无机非金属材料的主角硅.ppt

美国的硅谷位于美国西海岸加利福尼亚 州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城 之间的一条长公里，宽公里的长条形 地带上。由于它集中了全世界0以上的著 名半导体公司（思科、英特尔、惠普、朗讯、 苹果） ，而半导体的基本元件是硅片，所以 该地区被称为“硅谷”。该地区客观上成为美 国高新技术的摇篮。 现在硅谷已成为世界各国半导体工业聚集 区的代名词。也是高新科技的象征。 硅谷silicon valley 第一节 无机非金属材料的主角 _硅 硅元素(silicon)在地壳中的含量 硅的氧化物及硅酸盐硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部构成了地壳中大部 分的分的岩石、沙子和土壤岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的、约占地壳总量的 90%90%以上。以上。 我们生存的地球，她坚硬的地壳是什 么构成的? 中中 国国 的的 陶陶 器器 岩石，岩石，构成岩石的主要的成分是构成岩石的主要的成分是硅酸盐及硅硅酸盐及硅 的氧化物。的氧化物。从古到今，在无机非金属材料中从古到今，在无机非金属材料中 ，硅一直都扮演着主要的角色，硅一直都扮演着主要的角色 左图为一种酒具左图为一种酒具 名为名为“ “注子注子” ” 碳、硅 碳碳-统治了统治了有机物有机物：碳是构成有机物的主：碳是构成有机物的主 要元素。要元素。 硅硅统治了统治了无机矿物质无机矿物质：硅是构成岩石与许：硅是构成岩石与许 多矿物的基本元素。多矿物的基本元素。 CSi 碳、硅原子最外层电子数是碳、硅原子最外层电子数是4 4 一、二氧化硅一、二氧化硅 在自然界中有大量游离态的碳，但在自然界中有大量游离态的碳，但 单质硅很少，这说明了什么？单质硅很少，这说明了什么？ 硅硅是一种是一种亲氧元素亲氧元素，在自然界中它总，在自然界中它总 是与氧相互化合的（这一点与碳在自是与氧相互化合的（这一点与碳在自 然界中有稳定的单质存在有所不同）然界中有稳定的单质存在有所不同） 二氧化碳与二氧化硅的稳定性比较？二氧化碳与二氧化硅的稳定性比较？ 讨论：阅读课本P74-75，试画出由硅石开始 的树状分类图。 硅石硅石 结晶形（石英）结晶形（石英） 无定形（硅藻土）无定形（硅藻土） 水晶水晶玛瑙玛瑙 水晶玛瑙 1 1、二氧化硅的存在、二氧化硅的存在 SiO2 1：2 Si O可见可见SiSi、OO 个数比为个数比为 2 2、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途 SiOSiO 2 2 的网状结构决定了它具有优良的物的网状结构决定了它具有优良的物 理和化学性质，再加上理和化学性质，再加上SiOSiO 2 2 在自然界的在自然界的 广泛存在，从古到今都被人类广泛地应广泛存在，从古到今都被人类广泛地应 用着。用着。 水晶水晶 无色透明的石英晶体，常呈无色透明的石英晶体，常呈 完好的晶形。可用作工艺雕完好的晶形。可用作工艺雕 刻品、水晶项链等饰品的材刻品、水晶项链等饰品的材 料和石英玻璃原料。料和石英玻璃原料。 紫色的水晶，以深紫色最为珍紫色的水晶，以深紫色最为珍 贵。用作工艺雕刻品和戒面等贵。用作工艺雕刻品和戒面等 饰件的材料。饰件的材料。 请根据请根据SiOSiO 2 2 的存在和应用的存在和应用, ,分析分析: : 二氧化硅具有哪些物理性质二氧化硅具有哪些物理性质? ? 化学稳定性如何化学稳定性如何? ?你的根据是什么你的根据是什么? ? SiOSiO 2 2 的这些性质是由什么决定的？的这些性质是由什么决定的？ 物理性质物理性质 难溶于水，熔沸点高,硬度大 稳定，不活泼稳定，不活泼 化学性质化学性质 3 3、二氧化硅的性质、二氧化硅的性质 （1 1）酸性氧化物的性质）酸性氧化物的性质 已知已知SiOSiO 2 2 是酸性氧化物，结是酸性氧化物，结 合初中的知识，请说出合初中的知识，请说出SiOSiO 2 2 可能与哪些物质反应？可能与哪些物质反应？ 与碱性氧化物反应 与碱反应与碱反应 与水反应 实验室盛装实验室盛装 NaOHNaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用 橡皮塞而不用玻璃塞，橡皮塞而不用玻璃塞， 你知道为什么吗？你知道为什么吗？ 防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO 2 2 与与NaOHNaOH溶液反应溶液反应 生成有粘性的生成有粘性的NaNa 2 2 SiOSiO 3 3 ，使瓶塞和瓶口使瓶塞和瓶口 粘在一起而难以开启粘在一起而难以开启. . 注意：注意： 氢氟酸是氢氟酸是唯一唯一可以与可以与SiOSiO 2 2 反反 应的酸应的酸 （2）与与HFHF反应反应( (特性特性） 玻璃中含有SiO2，利用HF和SiO2的 反应可刻蚀玻璃。在玻璃制品上雕 刻精美的图案。 二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状 态 物理性质 化 学 性 质 与水 与碱 与碱 性氧 化物 与酸 用 途 不反应不反应 固固 态态 熔沸点熔沸点低低 气 态 熔沸点熔沸点高高、硬度、硬度大大 不反应不反应 SiOSiO 2 2 4HF=SiF4HF=SiF 4 4 2H2H 2 2 OO 人工降雨，灭火、人工降雨，灭火、 制饮料、碳酸盐等制饮料、碳酸盐等 装饰品、石英坩埚、装饰品、石英坩埚、 光纤等光纤等 二氧化碳和二氧化硅的性质及用途比较二氧化碳和二氧化硅的性质及用途比较 CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiOSiO 2 2 2NaOH2NaOH = NaNa 2 2 SiOSiO 3 3 H H 2 2 OO SiOSiO 2 2 CaOCaO=CaSiO=CaSiO 3 3 高温高温 CO2+H2O H2CO3 二、硅酸二、硅酸(H(H 2 2 SiOSiO 3 3 ) ) 实验实验4-14-1: :向饱和向饱和Na Na 2 2 SiOSiO 3 3 溶液中溶液中, ,滴入滴入 酚酞酚酞, ,再滴入稀盐酸。再滴入稀盐酸。 现象 结论 方程式 滴滴入入酚酞溶液呈红色酚酞溶液呈红色， ， NaNa 2 2 SiOSiO 3 3 溶液呈碱性溶液呈碱性, , 问题研究问题研究1 1：怎样由石英怎样由石英(SiO(SiO 2 2 ) )制取硅酸？制取硅酸？ Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3(胶体） 硅酸难溶于水硅酸难溶于水 滴入盐酸有透明的凝胶产生。滴入盐酸有透明的凝胶产生。 已知硅酸酸性比碳酸弱已知硅酸酸性比碳酸弱, ,请你设计实请你设计实 验证明？验证明？ 问题研究问题研究2 2： 现象：有硅酸凝胶生成。现象：有硅酸凝胶生成。 Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 （胶体）（胶体） +Na2CO3 Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3 （胶体）（胶体） +2NaHCO3 将CO2通入到饱和的Na2SiO3溶液中 硅酸凝胶硅酸凝胶经干燥脱水就形成经干燥脱水就形成硅酸干凝胶硅酸干凝胶 ，称为，称为“ “硅胶硅胶” ”。 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实 验室和袋装食品、瓶装药品等的验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂干燥剂 ，也可以用作，也可以用作催化剂的载体催化剂的载体。 硅硅 胶胶 干燥硅胶干燥硅胶 吸湿硅胶吸湿硅胶 硅胶中掺有硅胶中掺有氯化钴氯化钴指示硅胶的吸湿程度。指示硅胶的吸湿程度。 三、硅酸盐三、硅酸盐 硅酸盐的结构很复杂，除（硅酸盐的结构很复杂，除（NaNa + + 、K K + + 、 NHNH 4 4 + + 外外) )都不溶于水都不溶于水 1 1、 硅酸钠硅酸钠（NaNa 2 2 SiOSiO 3 3 ） 溶于水，其水溶液 俗称为水玻璃 ，可制备硅胶、木材防火剂等 2 2、硅酸盐组成的表示、硅酸盐组成的表示 硅酸钠（硅酸钠（NaNa 2 2 SiOSiO 3 3) ) 镁橄榄石（镁橄榄石（MgMg 2 2 SiOSiO 4 4 ） 钙沸石 Ca(Al2Si3O10) 3H2O 活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiOSiO 2 2 HH 2 2O O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O 3 3、硅酸盐产品、硅酸盐产品-陶瓷 玻璃 水泥 原原 料料 陶瓷 玻璃 水泥 黏土 纯碱、石灰石和石英 黏土和石灰石；适量石 膏； 硅酸盐产品 碳化硅碳化硅( (金刚砂金刚砂, ,SiCSiC) )： 硅钢：硅钢： 硅橡胶： 以下几种含硅物质有以下几种含硅物质有 何特殊性能、用途？何特殊性能、用途？ 新型无机非金属材料：新型无机非金属材料： 新型新型 陶瓷陶瓷 高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等 高温结构陶瓷 生 物 陶 瓷 四、硅单质四、硅单质 1、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。 2、物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石 ，熔点(1410)和沸点都很高