无机非金属材料的主角-硅PPT课件(上课用很好)

1、第四章第四章非金属及其化合非金属及其化合物物Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地壳中元素质量分数地壳中元素质量分数第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅Si-26.30%硅的存在与分布硅的存在与分布存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以（以氧化物和硅酸盐氧化物和硅酸盐的形式存在）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分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。元素。图图 4-1 4-1 硅的广泛存在硅的广泛存在硅和碳硅和碳一样一样, ,其原子其原子既既不易失去电子，也不易得到电不易失

2、去电子，也不易得到电子子，所以硅的化学性质不活泼所以硅的化学性质不活泼, ,主要形成四价化合物主要形成四价化合物CSi碳碳是构成有机物是构成有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素从从原子结构原子结构认识硅认识硅结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、一、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅石硅石无色透明无色透明彩色环带或层状彩色环带或层状水晶水晶玛瑙SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。是自然界中沙子、石英的主要成分。结结晶的晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英；天然天然二氧化硅二

3、氧化硅叫硅石叫硅石。 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶角。在四个顶角。 同时每同时每1个个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子相结合。原子相结合。 硅原子硅原子二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用，用SiO2来表示来表示二氧化硅的组成二氧化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结立体网状结构决定了构决定了SiOSiO2 2具有优具有优良的物理和良的物理和化学性质化学性质2 2、结构、结构正四面体的

4、空间网状结构（为原子晶体），正四面体的空间网状结构（为原子晶体），性质稳定。性质稳定。“SiO2”表示组成的化学式，表示组成的化学式，而不表示分子式。而不表示分子式。金刚石、晶体硅的结构与金刚石、晶体硅的结构与SiO2类似，类似，也为原子晶体。也为原子晶体。3 3、SiOSiO2 2的用途的用途现代通信用现代通信用光缆光缆光学纤维光学纤维胃镜胃镜用用光导纤维光导纤维做做无开刀手术无开刀手术光导纤维光导纤维手术头灯手术头灯光导纤维光导纤维思考与交流思考与交流4物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:_通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水1.玻璃中

5、含有玻璃中含有SiO2，从物，从物质组成和性质角度来分类，质组成和性质角度来分类， SiO2属于哪类物质？属于哪类物质？2. SiO2可能具有哪些化学性质？可能具有哪些化学性质？5 5、二氧化硅的化学性质（、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼通常很不活泼）（1）、）、具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性、与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水、与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐（有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃）实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶用橡溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞皮塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的Si

6、OSiO2 2反应生成反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶塞部分粘结而无法打开。因塞部分粘结而无法打开。因此盛装此盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶不溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiF42H2O此反应常用于雕刻玻璃此反应常用于雕刻玻璃思考思考: :实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ HFHF能腐蚀玻璃能腐蚀玻璃. .因此，盛装因此，盛装氢氟酸氢氟酸不能用玻不能用玻璃试剂瓶而要用璃试剂瓶而要用塑料瓶塑料瓶。（3）、 Si02 的弱氧化性Si02高温下与C作用可制取粗硅 2C+SiO2 Si+2CO高温总总 结结Si

7、OSiO2 2COCO2 2所属类型所属类型物物理理性性质质色色 态态熔沸点熔沸点硬硬 度度溶解性溶解性化化学学性性质质CO2+2NaOH =Na2CO3+2OSiO2+2NaOH =Na2SiO3+2O高温高温SiO2+Na2O=Na2SiO3坚硬难熔固体坚硬难熔固体高高大大不溶于水不溶于水无色气体无色气体低低小小溶于水溶于水CO2+Na2O=Na2CO3高温高温酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物CO2+H2O=H2CO3 不反应不反应与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应SiO2 +2C = Si + 2CO高温高温CO2 + C = 2CO高温高温氧化性氧

8、化性 试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶细口瓶，磨口塞细口瓶，磨口塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞细口瓶，橡皮塞 实验室有几种试剂，根据它们各自的实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。线。二、硅酸二、硅酸( (H2SiO3 ) ) 硅酸是一种硅酸是一种白色粉末状白色粉末状的的固体固体，它，它不溶于水不溶于水；是一种；是一种弱酸弱酸，酸性比碳酸性比碳酸还弱，酸还弱，不能使指示剂变色。不能使指示剂变

9、色。 思考思考二氧化硅难溶于水，又不二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那与水反应，那么，么，如何制得硅如何制得硅酸呢？酸呢？实验实验4-1：向饱和：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色 Na2SiO3溶液呈碱性溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （胶体）（胶体）+2NaCl实验探究实验探究滴入盐酸有凝胶产生滴入盐酸有凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水用用HH2 2COCO3 3可制得可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可证明，可证明HH2 2SiOSiO3 3 的酸性比的

10、酸性比HH2 2COCO3 3弱（强酸制弱酸）。弱（强酸制弱酸）。SiOSiO3 32- 2- + H+ H2 2O + COO + CO2 2= CO= CO3 32- 2- + H+ H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O + COO + CO2 2 = Na= Na2 2COCO3 3 + H+ H2 2SiOSiO3 3 向向Na2SiO3溶液中通如溶液中通如CO2也可生成也可生成H2SiO3生成的硅酸逐渐聚合而形成成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶硅酸溶胶（能流动），（能流动），当硅酸的浓度较大时，就会形成当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶硅

11、酸凝胶（不能流（不能流动），动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶硅胶。硅胶硅胶的用途：干燥剂（吸水），吸附剂（多孔）的用途：干燥剂（吸水），吸附剂（多孔）用作催化剂的载体 ，催化剂的载体。催化剂的载体。注意注意:硅酸的存在硅酸的存在(1)是一种很弱的酸是一种很弱的酸,酸性比碳酸还要弱酸性比碳酸还要弱Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3 (2)不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解： (3)硅酸在水中的溶解度很小。H2SiO3 = SiO2+H2O 硅酸的性质硅酸的性质1 1、 H2SiO3制备，可溶性硅酸盐与酸反应制备，可溶性硅酸盐与酸反应白色，

12、胶状，不溶于水的物质白色，胶状，不溶于水的物质硅胶硅胶的用途：的用途：酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱H2SiO3 = SiO2 + H2OH2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O强酸制弱酸原理（酸性：强酸制弱酸原理（酸性：HCl H2CO3 H2SiO3）Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3 活动与探究：活动与探究： 硅酸是一种硅酸是一种比碳酸还要弱比碳酸还要弱的酸。请的酸。请利用中学实验室常见的仪器及药品，设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计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱酸弱.方法方法: : 向向NaNa2 2Si

13、OSiO3 3溶液中通入溶液中通入COCO2 2气体，产生白色气体，产生白色胶状沉淀胶状沉淀NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2SiOSiO3 3（胶体）（胶体）+ Na+ Na2 2COCO3 3三、三、硅酸盐硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定稳定。1、硅酸钠（、硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。原料。是由是由硅、氧硅、氧和和金属金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。实验实验4-24-2放入蒸馏水放入蒸馏水

14、放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防制备木材防火剂的原料火剂的原料2、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示用氧化物的形式表示用氧化物的形式表示硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3) 镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方

15、便记忆硅酸盐的种类很多，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和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成例：将下列硅酸盐用氧化物的形式表示出来：例：将下列硅酸盐用氧化物的形式表示出来：钠长石钠长石(NaAlSi3O8)： 。黏土黏土(Al2Si2O5(OH)4)： 。Na2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2传统无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃阅读教材阅读教材78-793、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸盐产品、硅酸

16、盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生产原料：黏土生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生产设备：陶瓷窑生产设备：陶瓷窑生产过程：混合生产过程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -烧结烧结- -冷却冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型绝缘、易成型(1)(1)陶陶 瓷瓷生产原料：纯碱、石灰石、石英生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃窑生产设备：玻璃窑反应原理：反应原理：主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2高温高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 +

17、CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温高温(2)、玻、玻 璃璃 加入了不同的金属氧化物加入了不同的金属氧化物普通玻璃加热接近熔化普通玻璃加热接近熔化再急速冷却再急速冷却玻璃玻璃生产原料：石灰石、黏土生产原料：石灰石、黏土 生产设备：水泥回转窑生产设备：水泥回转窑主要成分：主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3（3 3）、水）、水 泥泥材料材料物理性质物理性质化学性质化学性质玻璃玻璃陶瓷陶瓷硬度高，耐磨损，耐硬度高，耐磨损，耐高温，较脆高温，较脆硬度高，耐磨损，硬度高，耐磨损，耐高温耐高温化学很稳化学很稳定定化学很稳化学很稳定定4、具有特殊功能

18、的含硅物质、具有特殊功能的含硅物质 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。轮的磨料。 2、硅硅 钢钢（铁合金）（铁合金） 导磁性良导磁性良好，用作好，用作变压器铁变压器铁芯芯3、硅橡胶、硅橡胶4、分子筛、分子筛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、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等图图4-104-10生物陶瓷制成生物陶瓷制成的的人造骨人造骨硅酸盐无机非金无机非金属材料属材料传统无机非传统无机非金属材料金属材料新型无机非新

19、型无机非金属材料金属材料陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥高温结构陶瓷高温结构陶瓷压电陶瓷压电陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超导陶瓷超导陶瓷硅有硅有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅两种同素异形体两种同素异形体1 1、灰黑色，有金属光泽，硬而、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体脆的固体2 2、熔点高、硬度大熔点高、硬度大硅的化学性质硅的化学性质不活泼不活泼，常温下，与常温下，与氢氟酸、氟气、强碱氢氟酸、氟气、强碱反应。反应。加热情况下，也能跟一些非金属加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2 O2)反应。反应。四、硅单质四、硅单质1 1、与强碱溶液反应：、与强碱溶液反应：2 2、与氯气反应：、与氯气反应：3 3、与氧气反应、与氧气反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+