无机非金属材料的主角-硅PPT课件.ppt

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 Cl2O2 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P819T 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 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Na2SiO3 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 SiO2 H2O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO2 3H2O 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 Al2O3 2SiO2 2H2O 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 Al2O3 2SiO2 2H2O 生产设备 水泥回转窑主要成分 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3 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