无机非金属材料的主角硅.ppt

岩石,沙子,沙、土壤,硅在地壳中的含量居第二位（26.3）,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上.,第一节 无机非金属材料的主角硅,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石与许多矿物的基本元素,硅元素在自然界中的存在：,一、二氧化硅和硅酸,你知道吗?,硅是一种亲氧元素.在自然界中它总是与氧相互化合，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅原子和氧原子结合非常牢固，一旦形成就很难被破坏，所以，硅只以化合态存在于自然界中（硅的氧化物和硅酸盐等），在地壳中含量居第二位（26.3），没有游离态的硅。,常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有？,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,主要形成正四价化合物,自主学习,二氧化硅,广泛存在于自然界，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅约占地壳总质量12%，存在形态主要有：结晶型和无定型，俗称“硅石”。,科学视野,二氧化硅的结构,硅,氧,二氧化硅是由Si和O按1：2的比例组成的立体网状结构的晶体。通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。SiO4四面体不仅存在于SiO2晶体中，也存在于所有硅酸盐矿石中。,基本结构单元：四面体结构，每个Si接4个O，每个O接2个Si,硅石,天然SiO2（硅石）,结晶形（石英）,无定形（硅藻土）- 做吸附剂和催化剂的载体,无色透明的SiO2晶体叫做水晶,具有彩色环带状或层状的叫玛瑙,存 在,玛瑙,沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是SiO2,光导纤维,石英坩埚,用途：,SiO2的网状结构决定了SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术，不用开刀,光导纤维 石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟 水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、高级工艺品和眼镜片 玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,根据二氧化硅的存在和用途,分析：,化学性质:,思考与交流,熔点高、硬度大、难溶于水的固体 。,常温下，二氧化硅的化学性质不活泼。,酸性氧化物的性质,高温,物理性质:,a.与碱性氧化物反应生成盐,SiO2 CaO = CaSiO3,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 硅酸钠（粘合性）H2O,b.与强碱反应生成盐和水,为什么实验室中盛放NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞?, 特性反应,SiO2 4HF = SiF4 2H2O,HF是唯一可以与SiO2 发生反应的酸,用途：雕刻玻璃,塑料瓶,实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘结在一起粘在一起。,想一想,这些漂亮玻璃杯图案是怎么雕刻上去的呢？,动动脑筋,在玻璃表面涂上一层石蜡,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,洗掉酸并去掉石蜡,CO2和SiO2的比较,SiO24HF=SiF42H2O,SiO22NaOH=Na2SiO3+H2O (盛碱液的试剂瓶用橡皮塞),CO22NaOH=Na2CO3H2O 或CO2NaOH=NaHCO3,不反应,CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3,SiO2CaO CaSiO3,CO2Na2O=Na2CO3,Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO,CO2H2O H2CO3,不反应,性质：,硅酸(H2SiO3),白色胶状固体，不溶于水 ,二元弱酸，酸性比碳酸还弱,制备：,实验4-1 硅酸的制备,Na2SiO3+2CO2（足量）+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3,不稳定性：,H2SiO3 = SiO2 + H2O,想一想：怎样设计实验制取H2SiO3呢？,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3+CO2（少量）+H2O=Na2CO3+H2SiO3,SiO32- + 2H2O + 2CO2= 2HCO3- + H2SiO3,(强酸制取弱酸）,硅酸溶胶硅酸凝胶硅胶,生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干凝胶，称为“硅胶”。常常用做袋装食品和瓶装药品的干燥剂。也可用做催化剂的载体。,硅胶的制取和用途,（氯化钴、溴化铜）,硅胶泳帽,硅胶干燥剂,不溶于水、不透水,耐腐蚀、稳定,无味无毒,吸附水的能力强,最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3 ），是一种可溶性硅酸盐，硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,又称泡花碱，可用作制备硅胶和木材防火剂及黏胶剂等的原料，也可作肥皂填料。,硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称 ，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质。硅酸盐大多不溶于水，化学性质很稳定。,二、硅酸盐,取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。,实验4-2,资料卡片,硅酸盐组成的表示,硅酸盐的种类繁多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：,如：硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。,化学式法,氧化物法,通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成,石棉： CaMg3Si4O12,云母： K2O3Al2O36SiO22H2O,【注意事项】 由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物表示法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。,【注意事项】 以氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，要注意掌握写成氧化物的书写原则；各元素写成相应的氧化物，中间用“”间隔，而且写成氧化物后，原化学式中各元素的原子的个数比应保持不变，元素种类不变,价态保持不变。,钾云母：K2H4Al6Si6O24,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,人面鱼纹盆(陶瓷),砖瓦(陶瓷),陶瓷：以黏土为原料，经高温烧结而成。日用器皿、建筑饰材、卫生洁具,传统无机非金属材料硅酸盐材料,以含硅的物质为原料，在高温的条件下制成的硅酸盐产品。玻璃、陶瓷、水泥。,普通玻璃: 以纯碱、石灰石和石英为主要原料 设 备：玻璃窑,Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2,CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2,高温,高温,现代建筑离不开玻璃的装饰和采光,水泥：以黏土、石灰石为主要原料设备：水泥回转窑,水泥及其制品,金刚砂,硅钢,硅橡胶,_,-60-250,具有特殊功能的含硅的物质,高温结构陶瓷,科学视野,新型无机非金属材料新型陶瓷,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,透明陶瓷,透明氧化铝陶瓷 高压钠灯管,压电陶瓷,生物陶瓷,利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。,这种陶瓷强度大,韧性好,与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。在这一领域我国处于世界领先水平。,超导陶瓷,所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小,当温度降到-269（液氮温度，为4K）左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处于世界领先水平。,科学视野,新型无机非金属材料新型陶瓷,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体 熔、沸点高、硬度大 晶体硅是良好的半导体材料（占95）,1.物理性质:,2.化学性质：,Si + O2(纯氧) = SiO2,三、硅（Si）,常温下,加热,Si + 2F2 = SiF4,高温,Si + C = SiC,高温,用途,作为良好的半导体材料，硅可用来制