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 1 硅的存在与分布 1 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 2 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 2 从原子结构认识硅 1 物性 2 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 3 是良好的半导体材料 正四面体型 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 1 SiO2 2C Si 2CO 粗硅 若C过量 SiO2 3C SiC 2CO 2 Si 粗硅 2Cl2 SiCl4 3 SiCl4 2H2 Si 4HCl 高纯硅 高温 高温 高温 高温 氧化剂 还原剂质量比 1 2 0 4 2 碳化硅 俗名 金刚砂 硬度大 用作砂纸砂轮的磨料 3 硅的制备 结晶形 石英 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 SiO2是自然界中沙子的主要成分 天然二氧化硅叫硅石 无定形 硅藻土 2 二氧化硅的晶体结构 四面体结构 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 Si和O按1 2的比例所组成的立体网状结构的晶体 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 思考与交流 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 泡花碱 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 1 物性 硅酸是一种白色粉末状的固体 不溶于水 2 化性 a 硅酸酸性很弱 比碳酸的酸性还弱 Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3b 热稳定性差 C 酸性很弱 只能与强碱反应 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 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 2 制备硅酸 滴入盐酸有凝胶产生 硅酸难溶于水 2 把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中 会有什么现象 滴入硫酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水 白色胶状沉淀 Na2SiO3 H2SO4 H2SiO3 Na2SO4 3 把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中 Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3 结论 硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸 溶解度小 注 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 3 硅胶的用途 干燥剂 吸水 吸附剂 多孔 催化剂的载体 四 硅酸盐 2 结构复杂 一般不溶于水 化学性质很稳定 3 硅酸钠 Na2SiO3 其水溶液俗称水玻璃 泡花碱 是制备硅胶和木材防火剂等的原料 1 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 硅酸盐 无机非金属材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 陶瓷玻璃水泥 高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷 玻璃 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 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 水泥 生产原料 石灰石 黏土 CaCO3 Al2O3 2SiO2 2H2O 生产设备 水泥回转窑 煅烧 主要成分 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3 水泥 陶器 瓷器 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 新型无机非金属材料的优点 1 能承受高温 强度高 2 具有电学特性 3 具有光学特性 4 具有生物功能 79科学视野 新型陶瓷 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 航天飞机 高温结构陶瓷的应用 资料 两年半前 正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦 导致美国的 哥伦比亚 号返航时在空中解体 高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现 因为它具有耐高温 耐氧化 超强 超硬等优点 它可以在各种恶劣环境下使用 同时 也是制造汽车发动机 喷气发动机的理想材料 可以大大提高能源的利用率 可以使汽车跑得更快 飞机飞得更高 高温结构陶瓷的应用 超导陶瓷 所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大 当金属的温度降低时 它的电阻减小 当温度降到 269 液氮温度 为4K 左右时 水银的电阻变为零 这种现象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K 处于世界领先水平 超导陶瓷 生物陶瓷 这种陶瓷强度大 韧性好 与人体亲和力好 目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料 在这一领域我国处于世界领先水平 压电陶瓷 利用陶瓷 还可实现多种功能互换 如安放在打火机中的