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 SiO32 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Na2O CaO 6SiO2 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 高温结构陶瓷P7