[政史地]41 无机非金属材料的主角—硅.ppt

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,硅元素(silicon)在地壳中的含量,氧48.6%,硅26.3%,铝7.73%,铁4.75%,钙3.45%,钠2.74%,钾2.47%,镁2.00%,氢0.16%,其他1.20%,硅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、约占地壳总量的90%以上。,硅的分布与存在,存在：没有游离态，只有化合态 分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。,Si,最外层电子数是4，碳也是。,思考2：碳、硅原子主要显几价？,正四价（+4价）,思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,1、硅的结构及物理性质,一、硅单质,结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体,有金属光泽，熔点高,硬度大。,2.化学性质,Si+2F2=SiF4,Si+4HF = SiF4+2H2,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2,在常温下化学性质不活泼,3.用途,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料,太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。,大规模集成电路,硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。,硅在电子工业中重要作用,4、硅的工业制法 ：,粗硅：,纯硅：,二氧化硅(SiO2),二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山,（一）二氧化硅(SiO2),二、二氧化硅和硅酸,水晶,晶体二氧化硅,玛 瑙,玛瑙,Si,O,1、二氧化硅晶体结构,Si,O,SiO2是正四面体的空间网状结构， 因此性质很稳定,1、二氧化硅晶体结构,（1）坚硬难熔的固体， （2）熔沸点比较高， （3）不溶于水， （4）硬度比较大。,2、二氧化硅物理性质,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。,3、化学性质,不能与水反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O, 是酸性氧化物,SiO2 + 2OH- =SiO3 2-+ H2O,不与酸反应：除氢氟酸（HF）以外,SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3,高温,SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3,高温,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系？,4、二氧化硅的用途 由于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,石 英 制 品,水晶,石英、玛瑙,二氧化硅用来制光导纤维,光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。,酸性较弱，比碳酸的酸性还弱，不溶于水。硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。,（二）硅酸(H2SiO3),干燥硅胶,湿硅胶,硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。,1、用途：,2、制取: 实验4-1:向饱和Na2SiO3 溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸。,现象：,结论：,方程式：,滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有有白色胶状沉淀产生,Na2SiO3溶液呈碱性， 硅酸难溶于水的白色沉淀。,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,3、化学性质：,H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3,（2）受热易分解,（1）弱酸性,三、硅酸盐,硅酸盐一般结构很复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。,硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后燃烧,放入Na2SiO3溶液,水份蒸发后不燃烧,水份蒸发后，失去防火作用,防火效果好用作防火剂,实验4-2,最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），易溶于水，其水溶液俗称为水玻璃或泡花碱，无色粘稠液体。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂，制备硅胶等 。本身就是矿物胶，故保存也得用橡皮塞。,1、硅酸钠,硅酸钠化学性质：,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,Na2SiO3+CO2+H2O = Na2CO3 + H2SiO3,2、硅酸盐的表示方法：,化学式法：（用于组成较简单的硅酸盐）,氧化物法：用于复杂的硅酸盐,硅酸钠：Na2SiO3,硅酸钙：CaSiO3,硅酸钠：Na2O SiO2,硅酸钙： CaO SiO2,长石：K2O Al2O3 6SiO2,(KAlSi3O8),四、硅酸盐产品,t,水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。,湘乡水泥厂,生产过程：,黏土和石灰石。,两磨、一烧。 研磨煅烧再磨成细粉；,水泥的生产原料：,普通硅酸盐水泥的成分：,1、水泥,(7)水泥的性能：,水泥具有水硬性,水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。,水泥、沙子和碎石的混合物。,混凝土：,水泥砂浆：,(4)主要设备：,水泥回转窑,(5)反应原理：,复杂的物理化学变化,(6)加入石膏：,调节水泥硬化速度,2、玻璃：,生产过程：,纯碱、石灰石和石英。,玻璃的生产原料：,(3)主要设备：,玻璃熔炉,(4)普通玻璃的成分：,Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的 混合物。或Na2OCaO6SiO2,玻璃无固定的熔沸点（混合物），在一定温度范围内软化。,(5)玻璃的性能：,(6)玻璃的种类：,有色玻璃、石英玻璃(SiO2)、光学玻璃(PbO)、钢化玻璃等,3、陶瓷：,陶瓷以黏土为原料，高温烧结而成，具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。,家用陶瓷,江西宜兴， 有陶都之称。,隋带烧制的三彩陶骆驼,瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。,江西景德镇。,江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。”,我国素有“瓷都”之称的地方,江西景德镇所烧制的瓷器,4、其它含硅物质及用途（课本P78-79）,（1）SiC（金刚砂） （2）含4%硅的硅钢 （3）硅橡胶 （4）分子筛（铝硅酸盐）,传统无机非金属材料：,陶瓷、玻璃、水泥,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,新型无机非金属材料：,1、新型无机非金属材料的特征：,（1）耐高温、强度高；,（2）具有电学性质；,（3）具有光学性质；,（4）具有生物功能；,2、结构材料 高温结构