第四章第一节无机非金属材料的主角——硅

硅谷siliconvalley,“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片。,非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角_硅,奇峰峻岭的黄山,硅的氧化物及硅酸盐,构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤的主要成份是什么？,硅的存在与分布,存在：没有游离态，只有化合态分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。,（2）含量多（3）化合态（1）分布广,硅为亲氧元素(与碳不同)，在地球上的硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在,自然界中硅的存在有何特点？,由下列结构示意图你能得到什么结论？,2、硅与碳结构相似，因而性质相似,1、硅与碳的原子结构相似，最外层均有4个电子,3、硅与碳既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成四价化合物,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,一、二氧化硅和硅酸,硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的(与碳不同),存在形式：,氧化物硅酸盐,（一）、二氧化硅(SiO2),石英晶体是结晶的SiO2，无色透明的叫做水晶，具有彩色环带状或层状的叫玛瑙,二氧化硅(天然硅石),玛瑙,水晶,四面体结构,网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,物理性质:_,化学稳定性:_,硬度大、熔点高、不溶于水,很稳定,根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？SiO2这些性质是由什么决定的？,讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为4价，请你预测二氧化硅的化学性质。,(1)属类：,(2)价态：,(3)特性,SiO2为酸性氧化物,SiO2中Si显+4价为最高价,（1)具有酸性氧化物的通性,1、二氧化硅的化学性质,（2)具有弱氧化性,（3)特性,此反应常用于雕刻玻璃,SiO24HF=SiF42H2O,与强碱反应生成盐和水SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2O,坚硬难熔固体,高,大,不溶于水,无色气体,低,小,溶于水,CO2+H2O=H2CO3,不反应,与水反应,与碱反应,与碱性氧化物反应,氧化性,答：玻璃中的SiO2与NaOH反应生成有粘胶性的硅酸钠,答：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。,错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水,2、用途：制光导纤维、电子工业重要部件、光学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造石英电子表、石英钟等。,滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成,Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,（二）、硅酸(H2SiO3),实验4-1：试管中加入2LNa2SiO3饱和溶液，滴入1滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡，至红色变浅并接近消失停止，观察现象。并填写下表：,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,1、制备,2、物理性质:白色，胶状，不溶于水的物质,4、用途:,可作干燥剂和催化剂的载体,3、化学性质,酸性比碳酸弱,强酸制弱酸原理（酸性HClH2SiO3）,（1)与强碱溶液反应：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,如何以SiO2为主要原料制取硅酸?,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。,实验探究,实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中,现象：透明的硅酸凝胶生成,方程式：,Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3,结论：,硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱,二、硅酸盐,硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,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,硅酸盐表示方法：,硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成,方法：1、找组成元素2、写成氧化物的形式3、原子个数比不变4、检查有无遗漏,请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：硅酸钠（Na2SiO3）镁橄榄石（Mg2SiO4）高岭土Al2(Si2O5)(OH)4,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,硅酸盐的丰富性和多样性,陶瓷,日用器皿、建筑饰材、卫生洁具,玻璃,普通玻璃:Na2OCaO6SiO2,1、主要原料：纯碱、石灰石和石英。,3、反应原理：复杂的物理、化学变化,2、生产过程：（玻璃熔炉）,4、玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,5、玻璃态物质,几种常见玻璃简介,普通玻璃,因混有铁的化合物显浅绿色,蓝玻璃,红玻璃,铅玻璃,光学仪器玻璃,钢化玻璃,光纤玻璃,光导纤维：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达2050Km，保密性能好。,在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。,把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎。,6、几种常见的玻璃,水泥,以黏土和石灰石为主要原料,具有特殊功能的含硅物质,碳化硅（金刚砂）,硅钢导磁性良好，用作变压器铁芯,硅橡胶,分子筛,具有均匀微孔结构的铝硅酸盐,新型陶瓷生物陶瓷,人造骨,三、硅单质,硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、是半导体。,导电性介于导体和绝缘体之间。,1、主要物理性质：,2、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼,（1）常温下只和F2、HF、强碱反应,（2）加热时能和O2反应,3、用途：,半导体材料、制合金、制太阳能电池等,硅的工业制法,随堂练习：1、熔融烧碱应选用的器皿是()A.石英坩埚B.生铁坩埚C.普通玻璃坩埚D.陶瓷坩埚2、下列说法正确的是()A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在B.二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C.二氧化硅溶于水显酸性D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸,B,B,3要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（）A纯碱溶液B盐酸C硫酸D苛性钠溶液4下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是（）ASiO2+2C=Si+2COBSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2+4HF=SiF4+2H2ODSiO2+CaCO3=CaSiO3+CO25下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（）A烧碱溶液B浓硫酸C氢氟酸D碳酸钠溶液,B,B,C,6制造光导纤维的主要原料是（）A晶体硅B二氧化硅C石墨D硅酸钠7下列叙述