人一硅及其化合物的性质

人一硅及其化合物的性质第1页/共60页硅元素(silicon)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%第2页/共60页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硅的广泛存在第3页/共60页硅和碳一样,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．CSi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第4页/共60页结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体,熔点高,硬度大。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体一、硅单质物性：1、灰黑色，有金属光泽，硬而

脆的固体2、熔点高、硬度大第5页/共60页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+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl4Si+O2==SiO2△高温化性：硅的化学性质不活泼，常温下，与氢氟酸、氟气、强碱反应。加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2O2)反应。第6页/共60页硅的工业制法：

粗硅：

纯硅：2C+SiO2===Si+2CO↑高温Si+2Cl2====SiCl4SiCl4+2H2===Si+4HCl高温第7页/共60页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）第8页/共60页硅的用途非常广泛，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。硅芯片第9页/共60页

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第10页/共60页二氧化硅(SiO2)

二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山第11页/共60页结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙二、二氧化硅（SiO2

）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。第12页/共60页2、结构每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。[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第13页/共60页3、物理性质物质SiO2CO2状态（常温）气体熔点-56.6℃

沸点-78.5℃

溶解性1：1硬度固体1610℃2230℃不溶大第14页/共60页物理性质:_____________________________化学稳定性:_________________________通常条件下，很稳定硬度大、熔点高、难溶于水思考与交流第15页/共60页4、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SiO2

＋2NaOH=Na2SiO3

＋H2O

硅酸钠（2）与碱性氧化物反应生成盐（有粘性，其溶液俗称水玻璃）高温SiO2＋CaOCaSiO3第16页/共60页实验室盛装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。原因第17页/共60页SiO2

＋4HF=

SiF4↑＋2H2O此反应常用于雕刻玻璃2、特性①不能与水反应②

与氢氟酸HF反应思考: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。第18页/共60页

二氧化碳

CO2二氧化硅

SiO2

状态

气态

固态熔沸点硬度熔沸很低熔点高，硬度大水溶性

能溶于水不溶于水化学性质与酸——

用途人工降雨，灭火,饮料等P75,图4－5与水反应与碱性氧化物反应与碱反应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能与氢氟酸反应SiO2＋CaO=CaSiO3高温二氧化硅和二氧化碳的性质比较第19页/共60页5、二氧化硅的用途由于SiO2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。第20页/共60页光学纤维胃镜第21页/共60页

①石英制品第22页/共60页第23页/共60页②水晶石英、玛瑙第24页/共60页③二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3万门电话。

第25页/共60页三、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。第26页/共60页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？第27页/共60页实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸现象结论方程式①滴入酚酞溶液呈红色①Na2SiO3溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl实验探究②滴入盐酸有凝胶产生②硅酸难溶于水第28页/共60页用H2CO3可制得H2SiO3

，可证明H2SiO3

的酸性比H2CO3弱。SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓

向Na2SiO3溶液中通如CO2也可生成H2SiO3第29页/共60页①弱酸性。只能与强碱发生中和反应②不稳定(比H2CO3稳定)，受热易分解∆H2SiO3==SiO2+

H2OH2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2OH2SiO3的化学性质第30页/共60页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。第31页/共60页（1）硅酸的制备Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓（2）硅酸的性质①物理性质:白色,胶状,不溶于水的物②化学性质:弱酸性酸性比碳酸弱.

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3③不稳定性H2SiO3===H2O+SiO2加热Na2SiO3+H2O+CO2==Na2CO3+H2SiO3↓（3）用途：可作干燥剂和催化剂的载体第32页/共60页四、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。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。第33页/共60页2、硅酸盐组成表示硅酸钠（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·SiO2·H2ONa2O

·SiO22MgO

·SiO2CaO

·Al2O3·3SiO2·3H2O第34页/共60页

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2练习第35页/共60页传统无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃阅读教材78-793、硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥

3、硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥

第36页/共60页第37页/共60页生产原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）生产设备：陶瓷窑生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型陶瓷第38页/共60页玻璃第39页/共60页玻璃原料：纯碱、石灰石、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、二氧化硅高温SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2高温第40页/共60页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玻璃第41页/共60页水泥第42页/共60页水泥原料：黏土、石灰石、石膏

CaCO3、Al2O3·2SiO2·2H2O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

3CaO·SiO2

2CaO·SiO2

3CaO·Al2O3第43页/共60页产品主要原料主要设备反应条件主要成分水泥粘土、石灰石、石膏水泥回转窑高温硅酸三钙：3CaO·SiO2硅酸二钙：2CaO·SiO2铝酸三钙：CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑高温Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2硅酸盐产品简介

第44页/共60页新型无机非金属材料的优点：1、能承受高温，强度高2、具有电学特性3、具有光学特性4、具有生物功能第45页/共60页玻璃刀玻璃刀轮片红宝石为轴的雷达表人造金刚石锯片第46页/共60页新型无机非金属材料之一：高温结构陶瓷、压电陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等第47页/共60页Ｐ79科学视野：新型陶瓷１、高温结构陶瓷２、压电陶瓷３、透明陶瓷４、超导陶瓷第48页/共60页新型陶瓷的用途之一:

航天飞机的“防火衣”——防热瓦

生产过程：使用硅土黏合剂将低密度非晶硅增强纤维粘合成长15cm，宽15cm，厚2~10cm的拱形瓦，经过高温烧结，再在表面涂上一层高温结构陶瓷，就成了一块防热瓦高温结构陶瓷的应用第49页/共60页防热瓦的优点：耐热（可承受>2000℃）防潮耐磨超群的隔热能力反射太阳光可重复使用高温结构陶瓷的应用第50页/共60页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。第51页/共60页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