硅及其化合物无机非金属材料.ppt

一 硅 Si 硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 1 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体2 熔 沸点高 硬度大 一 硅的结构和性质 1 晶体结构 正四面体的空间网状结构 Si 晶体硅的结构 晶体硅的晶体结构与金刚石相似 也是由一个硅原子与4个硅原子结合形成正四面体 许多这样的正四体向周围空间延面伸形成空间网状的结构 原子晶体 2 物理性质 硬度大 熔点高 灰黑色具有金属光泽的晶体 半导体材料 3 化学性质 常温下 与F2 与HF 与强碱 如NaOH Si 2F2 SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 在常温下 硅的化学性质不活泼 除氟气 氟化氢和强碱外 硅不与其他物质反应 如氧气 氯气 硫酸 硝酸等 3 化学性质 加热条件下 与氧气 与氢气 与氯气 与氮气 与碳 SiO2粗硅SiCl4Si C Cl2精馏 H2 高温 高温 高温 生成的液态SiCl4经精馏 除硼 砷等 再用H2还原 将高纯硅再经区域熔炼法 提纯为超纯硅而用于半导体原料 4 工业制法 5 硅的存在 在自然界中 没有游离态的硅 以化合态存在 例如 硅酸盐等 在地壳中含量居第二位 是岩石和地壳的主要元素 6 硅的用途 集成电路 晶体管 硅整流器等半导体材料 还可以制成太阳能电池 硅的合金可用来制造变压器铁芯等 集成电路 晶体管 二 二氧化硅 1 结构 SiO2晶体是一种立体网状结构 每个Si与4个O形成4个共价键 前者位于正四面体的中心 后者位于正四面体的顶点 每个Si周围又有4个O 每个O的周围有2个Si 实际上SiO2晶体是由Si原子和O原子按1 2的比例组成的原子晶体 坚硬难熔 溶 的固体 俗称 硅石 旧称 矽石 二氧化硅广泛存在于地壳的岩石中 石英 水晶 二氧化硅的熔点 1723 沸点 2230 高 硬度大 不导电不溶于水 2 物理性质 3 化学性质 十分稳定 1 酸性氧化物 强碱 2NaOH SiO2 Na2SiO3 H2O 所以 不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液 如NaOH KOH Na2CO3 Na2SiO3等溶液 不溶于水 也不与水反应 只能间接制取硅酸 硅酸H2SiO3 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 还可以用CO2制取 H2SiO3 SiO2 H2O 常温与氢氟酸反应 4HF SiO2 SiF4 2H2O 碱性氧化物 盐 难挥发制取易挥发 氢氟酸可用于玻璃的雕刻 不用玻璃仪器保存 强酸制弱酸吗 二氧化硅与二氧化碳的物理性质差异较大 其原因是什么 晶体类型不同 Na2SiO3 2CO2 2H2O 2NaHCO3 H2SiO3 强酸制弱酸 3 用途 光导纤维 光学仪器 电子仪器 工艺品 水晶 玛瑙 石英玻璃 玻璃原料和建筑材料等 污染 硅肺病 矽肺病 长期吸入SiO2粉尘 紫水晶 玛瑙 碧玉是含杂质的有色石英晶体 纯石英为无色晶体 大而透明的棱柱状石英叫水晶 石英玻璃 三 硅酸及硅酸盐 1 硅酸H2SiO3 1 性质 不溶于水 酸性比碳酸弱 2 制备 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 问 把硅酸钠溶液敞口放置在空气中一段时间后 观察到的现象 溶液变浑浊 碳酸和硅酸的比较 1 常见的不稳定酸有 H2CO3 H2SO3 HClO HNO3 H2SiO3 其中H2CO3极不稳定 光照能加快HClO HNO3的分解 H2SiO3受热时才分解 2 常见的酸性比碳酸弱的酸 或酚 有 H2S HClO H2SiO3 Al OH 3 碳酸和硅酸都是不稳定的弱酸 碳酸的酸性比硅酸强 硅酸难溶于水 2 硅酸盐 硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐 约占地壳质量的95 种类多 结构复杂 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水 Al2 Si2O5 OH 4 KAlSi3Ox X 8 K2O Al2O3 6SiO2 多数不溶于水 但Na2SiO3的水溶液俗称 水玻璃 无色粘稠的溶液 是一种矿物胶 可用做粘合剂 防腐剂 Al2O3 2SiO2 2H2O 高岭石 硅酸根离子SiO32 的检验原理 SiO32 2H H2SiO3 或SiO32 2H H2O H4SiO4 H2SiO3 H4SiO4是白色固体 不溶于水和酸 H 方法 向待检溶液中加入过量的稀硝酸 若生成白色沉淀 则待检溶液中有SiO32 注意 若用盐酸代替硝酸 则有Ag 等干扰 若用稀硫酸代替硝酸 则有Ba2 等干扰 盐酸过滤 加热 灼烧 NaOH溶液过滤 NaOH溶液过滤 加热 灼烧 盐酸过滤 要除去下表中各粉末状混合物中的杂质 括号内为杂质 填写所用试剂和操作 氧气加热 练习 P78巩固训练1 2P79 典例1 对点练习1 典例2 对点练习2随堂达标1 2 3 4 无机非金属材料 材料的分类和特点 概念 以含硅物质为原料 经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业 2 硅酸盐工业的特点 1 原料 2 反应条件 3 反应原理 4 生成物 硅酸盐工业 含硅的物质 碳酸盐等 高温 复杂的物理 化学变化 硅酸盐产品 3 硅酸盐产品分类 水泥 玻璃 陶瓷 一 水泥 1 主要原料 粘土和石灰石 2 主要设备 3 生产过程 生料研磨 高温煅烧得熟料 再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥 辅助原料 石膏 作用是调节水泥硬化速度 4 反应原理 复杂的物理 化学变化 5 主要成分 硅酸三钙 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 铝酸三钙 3CaO Al2O3 等 6 主要性能 水硬性 7 主要用途 建筑 修路 水泥砂浆 混凝土 钢筋混凝土 水泥回转窑 水泥的标号 水泥回转窑 二 玻璃 1 原料 纯碱 石灰石和石英 2 主要设备 玻璃熔炉 3 生产过程 原料粉碎 玻璃熔炉中强热 成型冷却 5 主要成分 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2或写成 Na2O CaO 6SiO2 6 主要性能 玻璃态物质 没有固定的熔点 在一定温度范围内逐渐软化 4 反应原理 复杂的物理 化学变化 主要反应 玻璃熔炉 几种特种玻璃 这些玻璃的主要成分分别是什么 有机玻璃 三 陶瓷 china 1 主要原料 粘土 2 传统生产过程 混和 成型 干燥 烧结 冷却 3 反应原理 复杂的物理 化学变化 4 主要成分 硅酸盐 5 主要特性 抗氧化 抗酸碱腐蚀 耐高温 绝缘 易成型等优点 现在 景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了 考虑到环境保护 降低制作成本和提高成功率等方面因素 不论是仿古陶瓷 艺术瓷类 还是日用陶瓷的瓷器都在电脑的控制下用汽窑烧制而成 水泥 玻璃 陶瓷生产比较 水泥中加入石膏的目的 陶瓷主要种类 土器 砖瓦 自然冷却 Fe2O3含量较多 淋水冷却 Fe3O4 FeO较多 陶器 彩陶 江苏宜兴的紫砂壶 秦汉兵马俑 瓷器 碗盘 茶具 收藏珍品 炻器 水缸 砂锅 瓷都景德镇 注 彩釉 搪瓷不属于陶瓷 红瓦 青瓦 传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比 新型无机非金属材料的特性 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