无机非金属材料的主角-硅

1、第一节无机非金属材料的主角硅 Si-26.30% 硅的存在与分布 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） 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 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 从原子结构认识硅 硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 1 1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体 2 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

2、下，也能跟一些非金属 (Cl2 O2)反应。 一、硅单质 1 1、与氟气反应： 2 2、与氢氟酸反应： 3 3、与强碱溶液反应： 4 4、与氯气反应： 5 5、与氧气反应 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4 Si+O2=SiO2 5.5.用途 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间, , 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） 纯硅的制备 SiO2+2C = Si+2CO 高温 粗硅提纯 结晶形（石英晶体） 无定形硅藻土 水晶 玛瑙 二、 二氧化

3、硅（ SiO2 ） 1 1、存在: : 硅石 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结 晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。 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。 硅原子 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。 SiOSiO4 4 四面体结构 立体网状结 构决定了 SiOSiO2 2具有优 良的物理和 化学性质 2 2、结构 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

4、3 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） 实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂 瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能与玻璃中的 SiOSiO2 2反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶塞 部分粘结而无法打开。因此盛 装NaOHNaOH溶液的试剂瓶不能用玻 璃塞而要用橡胶塞。 SiF42H2O 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？ HFHF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。 3 3、二氧化硅的用途 由于S

5、iO2具有优良的物理化学性能加上SiO2 在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人 类广泛地应用。 二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。 制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于 通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大， 一对光纤上可同时传送3 3万门电话。 三、硅酸( (H2SiO3 ) ) 硅酸是一种白色粉末状的固体，它 不溶于水；是一种弱酸，酸性比碳 酸还弱，不能使指示剂变色。 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？ 用HH2 2COCO3 3可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可证明HH2 2SiOSiO3

6、 3 的酸性比HH2 2COCO3 3弱。 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O + COO + CO2 2 = Na = Na2 2COCO3 3 + H + H2 2SiOSiO3 3 向Na2SiO3溶液中通入CO2也可生成H2SiO3 同理：Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl 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： 干燥剂（吸水）， 吸附剂（多孔）， 催化剂的载体。 四、硅酸盐 结构复杂，一般不溶于水，化学性质很 稳定。 是由硅、氧和金属组

7、成的化合物的总称。 除了Na2SiO3、 K2SiO3外几 乎都不溶于水 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀， 2、硅酸盐组成表示（用氧化物表示） 硅酸钠（Na2SiO3) 镁橄榄石（Mg2SiO4） 钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2O K(Al3Si3O10)(OH)2 传统无机非金属材料硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 阅读教材78-79 3、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥3、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥 （1）玻璃 原料：纯碱、石灰

8、石、石英 设备：玻璃窑 条件：高温熔融 主要反应： 主要成份：硅酸钠、硅酸钙、 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 高温 高温 说明：玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范 围内软化。 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 （2）水泥 原料：黏土、石灰石、石膏 设备：水泥回转窑 条件：煅烧 主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 等 说明：1 1、水泥具有水硬性：即，与水掺和搅拌并 静置后，很容易凝固变硬。 2 2、混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物叫做混凝土。 水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起， 穿针引线是

9、水泥。 秦砖 汉瓦 兵马俑 描述景德镇的 陶瓷有这样一 句话: 薄如纸,声 如磬,色如 玉. （3）陶瓷 原料：黏土 条件：高温烧结 说明：陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、 耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此， 陶瓷制品一直为人们所喜爱。 江西景德镇所烧制的瓷器 新型无机非金属材料： 1、新型无机非金属材料的特征： （1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质； （3）具有光学性质； （4）具有生物功能； 玻璃刀玻璃刀轮片 红宝石为轴的雷达表 人造金刚石锯片 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 高温结构陶瓷： 氧化铝陶瓷( (人造刚玉) )： 氧化铝透 明陶瓷管 氧化铝陶瓷制品 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。 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。