第四章 第一节 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 本节复习内容导读 一 硅元素与硅单质1 硅元素2 硅单质二 二氧化硅和硅酸1 二氧化硅2 硅酸三 硅酸盐1 概念2 表示3 硅酸盐工业 第一节无机非金属材料的主角 硅 一 硅元素与硅单质 1 硅元素的存在 在自然界里只有化合态 一般以二氧化硅或硅酸盐形式存在 在地壳中的含量仅次于氧 2 硅单质 1 物理性质 晶体硅是一种原子晶体 熔沸点高 灰黑色 有金属光泽 硬度大而脆 有一定的导电能力 是一种半导体材料 2 化学性质 常温下 能与F2 氢氟酸 强碱溶液反应 不与氧气 氯气 硫酸 硝酸等反应 Si 2F2 SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 加热条件下 高温条件下 上面两个反应一般用于粗硅的提纯 SiCl4 3H2O H2SiO3 4HCl SiCl4水解 用于制烟幕弹 Mg2Si 4H2O 2Mg OH 2 SiH4 用于制硅烷 3 硅的工业制法 4 用途 硅用作制造半导体器件及合金 二 二氧化硅和硅酸 1 二氧化硅 1 物理性质 天然的二氧化硅分为晶体和无定形两大类 石英的主要成分SiO2晶体 自然界透明的六方柱状石英晶体 即水晶 无定形二氧化硅有硅藻土等 晶体SiO2是一种原子晶体 具有硬度大 熔点高 难溶于水 在晶体SiO2中 每个硅原子通过共价键与周围的4个氧原子结合成正四面体结构单元 晶体中所有的原子结合成一种空间网状结构 最小环为12元环 2 化学性质 Si O键能很大 因而化学性质稳定 SiO2难溶于水 但却是硅酸的酸酐 可与强碱 碱性氧化物等反应 也能与氢氟酸反应 酸性氧化物与酸反应的特例 还能与盐反应 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O SiO2 4HF SiF4 2H2O 氢氟酸能腐蚀玻璃 3 用途 制造光导纤维 光学仪器 玻璃原料和建筑材料等 2 硅酸 1 物理性质 硅的含氧酸常见的有原硅酸 H4SiO4 和硅酸 H2SiO3 H4SiO4 白色胶状物 不溶于水 不稳定 易失水生成白色粉末状的硅酸 H2SiO3 难溶于水的二元弱酸 酸性比H2CO3弱 2 化学性质 与碱反应 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 受热分解 3 硅酸的制备 当用HCl逐滴加入Na2SiO3溶液中生成硅酸凝胶 沉淀 当用Na2SiO3溶液慢慢加入盐酸中 用力振荡 生成H2SiO3溶胶 反应式 Na2SiO3 2HCl H2O H4SiO4 2NaCl 也可以在Na2SiO3溶液中通入CO2气体 SiO32 CO2 H2O H2SiO3 CO32 三 硅酸盐 1 概念 硅酸盐是由硅 氧和金属组成的化合物的总称 2 表示 硅酸盐大多数难溶于水 可用SiO2和金属氧化物的形式来表示 3 硅酸盐工业 如制砖瓦 制陶瓷 水泥工业 玻璃工业等 以含硅物质为原料 经加工制得硅酸盐产品的工业叫硅酸盐工业 其特点 一是需要高温 二是所得产品成分复杂 1 水泥工业 原料 石灰石和粘土为主要原料 生产设备 水泥回转窑 主要成分 硅酸三钙 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 铝酸三钙 3CaO Al2O3 水泥是一种混合物 它的硬化过程是一个复杂的物理化学过程 应用 水泥砂浆 水泥 沙子和水的混合物 混凝土 水泥 沙子 和碎石的混合物 钢筋混凝土 水泥 沙子 碎石和钢筋组成 2 玻璃工业 原料 纯碱 Na2CO3 石灰石 CaCO3 石英 SiO2 生产设备 玻璃窑或玻璃熔炉 主要成分 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 主要反应 在制造过程中 如果加入某些金属 还可以制成有色玻璃 加入Co2O3后呈蓝色 加入Cu2O后呈红色 混有Fe2 呈淡绿色 玻璃不是晶体 是一种熔合物 玻璃态物质 它没有固定的熔点 只能在一定温度范围内软化 例 在制玻璃的原料中 再加入下列物质可制得各种不同用途的玻璃 A Cu2OB Co2O3C PbOD 硼砂Na2B4O7 10H2O 制造蓝色玻璃时需加入 制造红色玻璃时需加入 制造光学仪器玻璃时需加入 制造化学仪器玻璃时需加入 B A C D 3 陶瓷 在新石器时代 我国祖先就已能制造陶瓷 我国陶都宜兴的陶器和瓷都景德镇的瓷器 在世界上都享有盛誉 制造陶瓷器的主要原料是粘土 手工制陶瓷器的过程有 1 混合2 成型3 干燥4 烧结5 冷却6 陶器 陶瓷的种类很多 根据原料 烧制温度等的不同 主要分土器 陶器 炻 shi 器 瓷器等 陶瓷具有抗氧化性 抗酸 碱腐蚀 耐高温 绝缘 易成型等许多优点 搪瓷 在金属表面涂上类似玻璃的瓷釉 然后在高温下烧结而得到一种金属与无机材料结合的复合材料 搪瓷一般常用钢板 铁 铝 铜 银等作为坯体 外层的瓷釉对金属起到了保护和装饰作用 新型无机非金属材料 高温结构陶瓷 又称工程陶瓷 具有耐高温 耐氧化 耐腐蚀等优良性能 与金属材料相比 更能适应严酷的环境 压电陶瓷 能实现机械能与电能的相互转化 透明陶瓷 具有优异的光学性能 耐高温 绝缘性好 超导陶瓷 又世界各国研制的热点之一 光导纤维 简称光纤 是一种能