第一节无机非金属材料的主角—硅课件

,非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角_硅,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。,图4-1硅的广泛存在,从原子结构认识硅,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,从原子结构认识硅,结晶形（石英晶体）无定形硅藻土、沙子,水晶玛瑙,一、二氧化硅和硅酸,1、二氧化硅（SiO2）,(1)存在:,天然的SiO2称为硅石,硅石,无色透明,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,天然水晶,紫水晶,蔷薇石英,茶晶,黄水晶,天然玛瑙,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。,二氧化硅中硅原SiO4四面体结构子与氧原子个数比为1：2，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示Si与O的原子个数比,不是分子式是化学式。,SiO4四面体结构,立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,（2）、结构,联想-沙子,思考与交流,二氧化硅具有哪些物理性质?,表示二氧化碳分子式及其组成,表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比,气态,固态,很小,很大,能溶于水,难溶于水,很低,很高,(3)二氧化硅的物理性质（与co2比较）,都属酸性氧化物,水溶性,SiO2,（4）、用途,装饰品,石英坩埚,光导纤维,石英手表,光学仪器,耐磨器皿,精密仪器轴承,什么叫酸性氧化物？酸性氧化物的通性包括哪些方面（以CO2为例）与水、碱、碱性氧化物反应,讨论,(5)二氧化硅的化学性质（通常很不活泼）,具有酸性氧化物的通性,与强碱反应生成盐和水,与碱性氧化物（Ca0，Na20等）反应生成盐,硅酸钠俗称泡花碱，有粘性，其溶液俗称水玻璃,难溶于水，不与水反应,设疑:,实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么？,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,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2+Na2CO3=CO2+Na2SiO3,高温,SiO2+CaCO3=CO2+CaSiO3,高温,制造普通玻璃的反应,在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性,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。,二氧化硅的危害：在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺）。,1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2下列叙述正确的是（）A自然界存在大量单质硅BSiO2与任何酸都不起反应C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应,B,C,课堂练习：,3、玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是()A、烧碱B、纯碱C、氢氟酸D、盐酸,C,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：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+2NaCl,实验探究76页,滴入盐酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,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。硅胶的用途：76页干燥剂（吸水），吸附剂（多孔），催化剂的载体。,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？,滴入硫酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4,活动与探究：,硅酸是一种比碳酸还要弱的酸。请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱,用H2CO3可制得H2SiO3，可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱。,SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3,Na2SiO3+H2O+CO2（少）=Na2CO3+H2SiO3,反应方程式,Na2SiO3+2H2O+2CO2（足）=2NaHCO3+H2SiO3,SiO32-+2H2O+2CO2=2HCO3-+H2SiO3,SiO2+Na2CO3=CO2+Na2SiO3,高温,Na2SiO3+H2O+CO2（少）=Na2CO3+H2SiO3,原理：高沸点物质制低沸点物质,原理：强酸制弱酸,CO2通入下列各溶液中，无明显现象发生的是（）A、氯化钙溶液B、澄清石灰水C、硅酸钠溶液D、偏铝酸钠溶液,A,课堂练习：,2、下列说法正确的是（）ASiO2溶于水显酸性BCO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸DSiO2晶体中不存在单个SiO2分子,BD,2.硅酸(),硅酸是一种白色粉末状的固体，它难溶于水；是一种弱酸（弱于碳酸），不能使指示剂变色。,H2SiO3,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,1）物性：,2）化性：,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,3）硅酸的制取由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制得的。,二、硅酸盐,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，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,1、定义：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SiO2H2O,Na2OSiO2,2MgOSiO2,CaOAl2O33SiO23H2O,K(Al3Si3O10)(OH)2,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）设备：玻璃熔炉原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶体，无固定的熔点,玻璃,玻璃,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,生产原料：石灰石、黏土（CaCO3、Al2O32SiO22H2O）生产设备：水泥回转窑主要成分：3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3主要特性：水泥具有水硬性,水泥,水泥,陶瓷,原料：黏土条件：高温烧结,陶器,瓷器,描述景德镇的陶瓷有这样一句话:薄如纸,声如磬,色如玉.,硅酸盐产品简介,新型无机非金属材料之一：,高温结构陶瓷、压电陶瓷,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压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。,材料是社会发展和人类进步的一种标志,材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来社会生产的变革和新兴产业的出现比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命,三、硅（Si）,硅有晶体硅和无定形硅两种,、物理性质：（1）灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体（2）熔、沸点高、硬度大（3）晶体硅是良好的半导体,2、化学性质：(不活泼）常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。,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+4HF=SiF4+2H2,Si+2F2=SiF4,5、化性,3、用途-半导体性质,制太阳能电池、变压器铁芯、集成电路、晶体管、硅整流器等。,集成电路晶体管,4、制备,工业上：,Si02+2C=2CO+Si(含杂质的粗硅)Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=4HCl+Si(纯度高的多晶硅),高温,高温,高温,练习,1、下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（）红宝石玛瑙钻石石英晶体硅石水晶大理石金刚砂硅藻土光导纤维,2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3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+CO24下列