《无机非金属材料的主角—硅》课件1

1、第四章 非金属及其化合物硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳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、约中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的占地壳总量的90%90%以上。以上。 硅的分布与存在硅的分布与存在 存在：没有游离态，只有化合态存在：没有游离态，只有化合态 分布：自然界中分布广泛，在地分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构

2、壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。成矿物和岩石的基本元素。SiSi最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？：碳、硅原子主要显几价？思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？它相同？+142 8 41 1、硅的工业制法、硅的工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温一、硅单质一、硅单质Si+2F2=SiF4 Si+4H

3、F=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4太阳能电池大规模集成电路 硅的用途非常广泛，可用来制造硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。制铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片 在美国旧金山，有个最大的高在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为科技工业园区，称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中基地。这说明硅在电子工业革命中起着非

4、常重要作用。起着非常重要作用。以硅为基础而以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅矿山二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸二氧化硅的存在二氧化硅的存在硅石硅石( (天然天然) )结晶形结晶形无定形无定形二、二氧化硅二、二氧化硅水晶水晶玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙SiO二氧化硅的结构二氧化硅的结构.SiO2原子晶体原子晶体SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 4.化学性质化学性质不能与水反应不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+

5、H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O弱的氧化性弱的氧化性SiO2+2C = Si+2CO高温高温实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶, , 细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细口塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品? ?依据是什么依据是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_ b.b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d._ d.氢氟酸氢氟酸_ _e.e.浓硫酸浓硫酸_高温高温高温高温高温高温5 5、二氧化硅的用

6、途、二氧化硅的用途由于由于SiO2具有优良的物理化学性能加上具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。都被人类广泛地应用。光学纤维胃镜光学纤维胃镜 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙二氧化硅用来制光导纤维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。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，通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点

7、就是通信容量大，一对光纤上可同时传送一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。 硅酸凝胶经干燥脱水就形硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为成干胶，称为“硅胶硅胶”。、 干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶（1）Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2） H2SiO3+2NaOH=2H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加热加热Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）(SiO2） 制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “硅胶硅胶” 用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强

8、，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。1、下列各组物质有关性质关系、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（的比较，正确的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来不能用玻璃瓶来盛装的是（盛装的是（ ） A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸钠溶液碳酸钠溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO杂质，杂质，最适宜的试剂是（最适宜的试剂

9、是（ ） A. 纯碱溶液纯碱溶液 B. 盐酸盐酸 C. 硫酸硫酸 D. 苛性钠溶液苛性钠溶液B四、硅酸盐四、硅酸盐 2.硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：化学式法：化学式法： 氧化物法：氧化物法：硅酸钠硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙硅酸钙：CaSiO3硅酸钠硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙硅酸钙： CaO SiO2高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2Ca

10、O SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土：粘土： Al2O3 2SiO2 2H2O硅酸钠不硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，能燃烧且不易受腐蚀，关于硅酸盐说明：关于硅酸盐说明：1.1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称称泡花碱泡花碱；它的水溶液俗称它的水溶液俗称水玻璃水玻璃，是一是一种粘合剂；种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备硅酸和二氧化硅的制备： 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡胶塞要用橡胶塞 较强酸和可溶

11、性硅酸盐反应制硅酸较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常温分解受热分解四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业 水泥是一种非常重要的建筑材料。水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。 生产过程：黏土和石灰石两磨、一烧。研磨煅烧再磨成细粉； 硅酸三钙(3CaOSiO2) 硅酸二钙(2CaOSiO2) 混合物 铝酸三钙(3CaO

12、Al2O3) 水泥的生产原料： 普通硅酸盐水泥的成分：1、水泥 水泥的性能水泥的性能： 水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混物水泥、沙子和水的混物建建筑黏合剂。筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：混凝土：水泥砂浆：水泥砂浆：2、玻璃： 生产过程： 纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高温 高温 玻璃的生产原料： 普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化

13、。 玻璃的性能：3、陶瓷： 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。家用陶瓷江苏宜兴，有陶都之称。隋代烧制的三隋代烧制的三彩陶骆驼彩陶骆驼 瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德镇： 江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。” 我国素有“瓷都”之称的地方 江西景德镇所烧制的瓷器传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷

14、透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等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；2 2、结构材料、结构材料高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷( (人造刚玉人造刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品 高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷注：注：钠蒸气放电发光问题早在钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由于没有一年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（种能抵御高温钠蒸气（14001400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。1.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是( ) A.Na2CO310H2O B.水泥水泥 C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.普通玻璃普