无机非金属材料的主角-硅PPT课件

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48.6%硅26.3%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%镁2.00%氢0.16% 其他1.20%硅26.3%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（以存在：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, ,其原子其原子既不

2、易失去电子，也不易得到电既不易失去电子，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, ,主要形成主要形成四价化合物四价化合物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11 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

3、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。一、硅单质一、硅单质与氟气反应：与氟气反应：与氢氟酸反应：与氢氟酸反应：与强碱溶液反应：与强碱溶液反应：与氯气反应：与氯气反应：与氧气反应与氧气反应Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2高温高温3.硅的工业制法 ：2C+ SiO2= Si(粗硅)+2CO高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(纯硅)+4HCl高温4.4.用途用途晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,

4、,是良好的是良好的半导体材料半导体材料, ,硅是信息技术的关硅是信息技术的关键材料键材料. .硅太阳能电池硅太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）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。硅芯片 在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，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起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在电子工业中重要作用结晶形（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二、二、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2

5、）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氧化硅叫硅石叫硅石。玛瑙 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

6、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3 3、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（1）与强碱反应生成盐和水）与强碱反应生成盐和水（2）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

7、俗称水玻璃）实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiOSiO2 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

8、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。4 4、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 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 状状 态态 气气 态态 固固 态态熔沸点熔沸点 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔点高，硬度大熔点高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化学学性性质质与与 酸酸 用用 途途人工降雨，灭火人工降雨，灭火,饮料等饮料等装饰、石英坩埚、装饰、石英坩埚、光纤光纤与水反应与水反应与碱性氧化物与碱性氧化

9、物反应反应与碱反应与碱反应CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应二氧化硅和二氧化碳的性质比较二氧化硅和二氧化碳的性质比较三、硅酸三、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？

10、酸呢？制取原理：强酸制弱酸制取原理：强酸制弱酸现象现象结论结论化学方化学方程式程式离子方离子方程式程式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则、静置则形成硅酸沉淀。形成硅酸沉淀。阅读课本阅读课本P76并并探究实验探究实验4-1Na2SiO3 + 2HCl = 2Na

11、Cl + H2SiO3SiO32- + 2H+ = 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：的用途：干燥剂（吸水），干燥剂（吸水），吸附剂（多孔），吸附剂（多孔），催化剂的载体。催化剂的载体。SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3用什么实验事实能够证明用什么实验

12、事实能够证明硅酸的酸性比碳酸弱？硅酸的酸性比碳酸弱？ 向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现白色浑浊，即用白色浑浊，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可证明，可证明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。（强酸制弱酸）弱。（强酸制弱酸）H2SiO3=H2O+SiO2加热四、硅酸盐四、硅酸盐1、定义：、定义：硅酸盐是由硅酸盐是由硅、氧、金属元素硅、氧、金属元素组成的化合物的总称组成的化合物的总称 2、性质：、性质：硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K

13、2SiO33、表示方法：、表示方法：（1）化学式法：）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等。书写形式：书写形式：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二氧化硅二氧化硅水。水。氧化物之间用氧化物之间用“”隔开隔开配置原则：配置原则：原子个数符合原来的组成，出现分数应化原子个数符合原来的组成，出现分数应化成整数成整数（2）氧化物法：）氧化物法：Na2OSiO2 CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物

14、较活泼金属氧化物SiO2H2O五、硅酸钠（五、硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水水玻璃，又称泡花碱玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。火剂。阅读课本阅读课本P77并并探究实验探究实验4-2放入蒸馏水放入硅酸钠饱和溶液 现 象 结 论 水分蒸发后燃烧水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃烧水分蒸干后不燃烧硅酸钠能防火硅酸钠能防火水不能防火水不能防火（1）、硅酸钠的物理性质）、硅酸钠的物理性质（2）、硅酸钠化学性质

15、）、硅酸钠化学性质 硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧， 不易被腐蚀，热稳定性好。不易被腐蚀，热稳定性好。（3）、用途）、用途可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的黏合剂黏合剂和木材、织物的防腐剂及和木材、织物的防腐剂及防火剂防火剂与盐反应与酸反应Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl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、

16、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生产原料：石灰石、黏土生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）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水水 泥泥生产原料：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 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温高温

17、玻玻 璃璃 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、易成型陶陶 瓷瓷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具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗称俗称金刚砂金刚砂），具有金），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