硅及其化合物

无机非金属材料的主角硅,美国的硅谷“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，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48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。,硅谷SiliconValley,通过下列图片你能总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？,观察与思考,硅的存在及性质,知识清单,一、无机非金属材料的主角硅1、硅在自然界中的存在：硅在地壳中的含量居第位，仅次于，全部以态存在，是一种亲氧元素；2、硅的原子结构：硅是元素周期表中的第号元素，位于第3周期第族，元素符号为，其原子结构示意图，主要形成四价的化合物。,2,氧,化合,14,A,Si,知识清单,一、无机非金属材料的主角硅3、硅的性质：（1）物理性质：单质硅有和形两种。晶体硅是色，有光泽、硬而脆的固体，类似于金刚石，熔沸点高，是良好的材料。（2）化学性质：常温下化学性质；不易跟强酸、强碱、强氧化剂发生化学反应，但在一定条件下能跟反应。,晶体硅,无定,灰黑,稳定,金属,半导体,HF、浓NaOH溶液,3、化学性质：,(1)硅与非金属单质的反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,Si+2Cl2=SiCl4,高温,(2)与碱溶液的反应,（3）与氢氟酸的反应,常温下与硅反应的物质：F2、氢氟酸、浓NaOH加热或高温才能反应的：O2、Cl2,知识清单,一、无机非金属材料的主角硅4、硅的制取（1）粗硅的制取：；（2）粗硅提纯：；,粗硅,高纯硅,5.用途,(1)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(2)新型能源，如光电池等,硅太阳能电池,硅芯片,注意：硅的“反常”性质1、Si的还原性大于C，但高温下C能还原出Si；2、非金属单质一般跟碱液作用无H2放出，但Si可以；3、非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF酸反应，而且只与HF反应，与一般酸不反应；4、非金属单质一般为非导体，但Si为半导体，石墨为良导体。,知识清单,一、无机非金属材料的主角硅6、二氧化硅：（1）物理性质：天然的二氧化硅称为硅石，分为形和形两种；二氧化硅是、的主要成分，具有硬度，熔点，导电，不溶于水等性质。,晶体,无定,岩石,沙子,矿物,大,高,不易,单质硅有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英(水晶或玛瑙)，天然二氧化硅叫硅石。,光学纤维胃镜,二氧化硅的用途,玛瑙,1.晶体结构,10928,Si,O,四.二氧化硅,在二氧化硅晶体中，一个硅原子跟4个氧原子结合，同时每个氧原子跟两个硅原子结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。它的熔点（1723）沸点（2230）高，硬度大，不导电，难溶于一些常见的溶剂。,化学性质(不活泼),(1)酸性氧化物SiO2难溶于水，和水不反应与碱性氧化物反应生成盐SiO2CaO=CaSiO3与强碱反应生成盐和水SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（Na2SiO3：粘合性）,高温,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？,因为玻璃中含有SiO2,会与NaOH反应生成有粘合性的硅酸钠，使瓶塞打不开,2.弱氧化性（工业制粗硅）,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,SiO2+2C=Si+2CO,高温,3.雕刻玻璃：,4.与碳酸盐反应（工业制玻璃）：,SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2,SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2,高温,高温,氢氟酸应保存在塑料瓶中，不能保存在玻璃瓶中,玻璃中含有Na2SiO3CaSiO3SiO2,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+CaO=CaSiO3,高温,与碱性氧化物反应,与水反应,与碱反应,与氢氟酸反应,SiO2,CO2,CO2分子,Si、O原子，空间立体网状结构,常温下为固体，高硬度，高熔沸点，不溶于水,常温下为气体，熔、沸点低，溶于水,五.硅酸（H2SiO3）,H2SiO3是SiO2的对应水化物（SiO2是H2SiO3的酸酐），是一种不溶性酸，不稳定，加热会失水H2SiO3=SiO2+H2O是一种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。,高温,五.硅酸（H2SiO3）,1.制法可溶性硅酸盐与酸反应：,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸。,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,如何证明硅酸的酸性弱于碳酸？,将CO2气体通入Na2SiO3溶液中，若有白色胶状沉淀生成，证明碳酸酸性强于硅酸,3、硅酸钠（Na2SiO3），俗名叫泡花碱，白色固体，易溶于水，其水溶液俗名叫水玻璃。,2、结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定,1、由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。,六、硅酸盐,水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。,（2）硅酸盐组成的表示,用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。,高岭石,Al2（Si2O5）（OH）4,要领：两边原子个数守恒格式：金属氧化物二氧化硅水顺序：金属按活动顺序表,拆分原则,K(Al2Si3O10)(OH)2,请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：硅酸钠（Na2SiO3）镁橄榄石（Mg2SiO4）高岭土Al2(Si2O5)(OH)4,硅元素,单质硅,Si+F2Si+HFSi+NaOH,加热能与某些非金属单质反应（O2、Cl2）,3要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是A纯碱溶液B盐酸C浓硫酸D苛性钠溶液4下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是ASiO2+2C=Si+2COBSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2+4HF=SiF4+2H2ODSiO2+CaCO3=CaSiO3+CO25下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是A烧碱溶液B浓硫酸C氢氟酸D碳酸钠溶液,高温,高温,B,B,C,(),(),(),6制造光导纤维的主要原料是A晶体硅B二氧化硅C石墨D硅酸钠7下列叙述正确的是A自然界存在大量单质硅BSiO2与任何酸都不起反应C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应,B,C,(),(),2.物理性质,物理性质：硬度大、熔点高、难溶于水.,四.二氧化硅,3.化学性质,有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英(水晶或玛瑙)，天然二氧化硅叫硅石。,酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应,与碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,注意：盛碱溶液的试剂瓶一般用橡胶塞，不能用玻璃塞。为什么？,试剂二氧化硅氢氧化钠溶液硝酸银晶体氢氟酸浓硫酸氯水,试剂瓶细口磨口塞广口瓶棕色细口磨口塞细口橡皮塞棕色广口瓶细口塑料瓶,1、实验室有六种试剂，根据它们各自的性质，必须选择适当的试剂瓶盛放，请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。,材料,1.玻璃刀能划玻璃靠的是什么材料？2.手表中的钻指的是什么材料的多少？3.煤气炉中电子打火靠的是什么材料？4.信息高速公路是依靠什么材料来铺设的？,人造金刚石；人造红宝石；压电陶瓷；光导纤维,一、材料的分类和特点,二、玻璃,一、水泥,三、陶瓷,硅酸盐工业选修2-48,1、主要原料：,粘土、石灰石和石膏,2、普通水泥主要成分：,硅酸三钙:3CaOSiO2硅酸二钙:2CaOSiO2铝酸三钙:3CaOAl2O3,二、玻璃,1、主要原料：纯碱：Na2CO3石灰石：CaCO3石英：SiO2,2、主要反应：,Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2,高温,CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2,高温,在普通玻璃中加入不同的金属氧化物会体现不同的颜色，如：,加入氧化钴（Co2O3)会使玻璃呈蓝色。加入氧化铜（Cu2O)呈红色。加入正二价铁离子呈绿色。,玻璃的种类很多，除上面介绍的普通玻璃外，还有：石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、玻璃纤维。返回,3、玻璃的种类：,传统无机非金属材料与新型材料的比较,1传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？,优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。,2新型无机非金属材料有哪些特性？,承受高温，强度高。具有光学特性。具有电学特性。具有生物功能。,新型无机非金属材料的特性选修2-51,1.能承受高温、强度高。例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。,2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。,3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。,处于高温下的光导纤维,4.具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。,人造关节,新型无机非金属材料简介,高温结构陶瓷1.氧化铝陶瓷,高压钠灯,课前体验,3.有关材料分类正确的是A.硅酸盐材料属于新型无机非金属材料B.高温结构陶瓷属于新型无机金属材料，属于结构材料C.新型无机非金属材料包括半导体材料，光导纤维，氧化铝陶瓷等D.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，但不是高温结构材料,【解析】硅酸盐材料属于传统无机非金属材料，A错；高温结构陶瓷不是金属材料，B错；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，D错。,课前体验,(2)下列有关硅材料的说法正确的是(填字母)()A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅,BC,【解