无机非金属材料的主角硅上课.ppt

1、第四章非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角 硅,Al-7.73%,O-48.60%,Si-26.30%,地壳中元素质量分数,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，约占地壳的90以上。,大规模集成电路,画出硅的原子结构示意图,分析： 既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。,硅元素,与谁的结构相似？,碳,硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。,一、二氧化硅和硅酸,（1）存在,硅石（12%）,结晶形：石英,无定形：硅藻土,水晶,玛瑙,1、二氧化硅,石英,水晶,石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶,紫水晶,蔷薇石英

2、,茶水晶,黄水晶,玛瑙,石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙。,沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是SiO2,光导纤维,光缆,（2）二氧化硅的用途：,光导纤维 石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟 水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片 玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,光纤视频,玛瑙饰品,Si,O,二氧化硅的晶体结构,思考： 为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？,结构决定性质： SiO2的立体网状结构,物理性质：熔点高，硬度大的固体； 不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明。,化学性质：很稳定（化学性质很不活泼）。,思考,实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放

3、其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么 ？,交流与研讨,1.玻璃中含有SiO2，从物质组成和性质角度来分类， SiO2属于哪类物质？,2. SiO2可能具有哪些化学性质？,与碱性氧化物反应：,与碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,1、具有酸性氧化物的通性,SiO2的化学性质,化学性质很不活泼，氢氟酸（ HF）是唯一可以与之反应的酸。,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,玻璃中含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃。,2、特殊性,在玻璃表面涂上一层石蜡,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,洗掉酸并去掉石蜡,3、弱氧化性,Si02高温下与C作用可制取粗硅,2C+SiO2 Si

4、+2CO,高温,SiO2与CO2化学性质的比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+4HF=SiF4 +2H2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+ CaO = CaSiO3,高温,酸性氧化物,与碱性氧化物反应,与碱反应,与水反应,与氢氟酸反应,1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ） A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸 C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬,B,2.要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ ） A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸 D.苛性钠

5、溶液,B,3.下列物质中,主要成分不是SiO2的是（ ） A.金刚砂 B.玛瑙 C.水晶 D.石英,A,2.硅酸( ),硅酸是一种固体，它不溶于水；是一种弱酸，不能使指示剂变色。,H2SiO3,硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。 常做干燥剂和催化剂的载体。,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？,可溶性硅酸盐与其他酸反应制得,实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,滴入酚酞溶液呈红色, Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl,实验探究：,滴入盐酸红色变浅并消失，有透明凝胶产生,硅酸难溶

6、于水,知识拓展：,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？,滴入硫酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4,活动与探究：,硅酸是一种比碳酸还要弱的酸。请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酸弱。,（2）硅酸的存在,硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸溶胶 硅酸浓度较大时则形成硅酸凝胶 硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶， 又称为硅胶 ，吸附水分能力强， 常用作 干燥剂，也用作催化剂的载体,1.硅酸的制备,（1） SiO2不溶于水，不能和水化合生成酸,实验室通过可溶性硅酸盐与其他酸制得。,H2SiO3,硅胶泳帽,硅胶干燥剂

7、,不溶于水、不透水,耐腐蚀、稳定,无味无毒,吸附水的能力强,(1)是一种很弱的酸,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。,2.硅酸的性质,试剂 二氧化硅 氢氧化钠溶液 氢氟酸 浓硫酸,试剂瓶 细口瓶，磨口塞 广口瓶 细口塑料瓶 细口瓶，橡皮塞,1、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。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。,2、下列说法正确的是（） ASiO2溶于水显酸性 BCO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸 CSiO2是酸性氧化物，它不溶于

8、任何酸 DSiO2晶体中不存在单个SiO2分子,B D,3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ） A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水。 B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C.SiO2常温下是固体，CO2常温下是气体 D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气 体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀,B,4.下列物质的变化，不能通过一步化学 反应完成的是（ ） A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2O2Na2CO3 D.SiO2H2SiO3,D,自然界中不存在单质硅； SiO2具有酸性氧化物的通性；可与强碱、碱性氧化物反应；可与氢氟酸反应； 由于SiO2不

9、溶于水也不与水反应，故硅酸通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得；硅酸的酸性比碳酸还弱。,硅酸盐的一般特点： 一般不溶于水（除Na、K盐外）,化学稳定性高。 种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。,二、硅酸盐:由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,长石,滑石,石棉,高岭土,黏土,Na2SiO3： Na2OSiO2 CaSiO3： CaOSiO2 长石：K2OAl2O36SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O 玻璃：Na2OCaO6SiO2 水泥： 3CaOSiO2； 2CaOSiO2； 3CaOAl2O3,通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为： 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2 H2O,

10、练习：把盐化学式写成盐氧化物的形式： 蛇纹石：H4Mg3Si2O9 钙长石：CaAl2SiO6,蛇纹石：3MgO2SiO22H2O 钙长石：CaOAl2O3SiO2,通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为： 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2 H2O,硅酸钠 （1）无色晶体，熔点高 （2）其水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性 （3）硅酸钠溶液易吸收空气中的CO2，要密封保存,用途：,【实验42】,水份蒸发后燃烧,不易燃烧,用水玻璃浸过的物品可以防火,建筑工业和造纸工业用它做粘合剂。木材织物用水玻璃浸泡过好既防腐又不易着火。,陶瓷(China)：以黏土原料，高温烧制,硅酸盐产品,水泥:以石灰石和

11、黏土为原料，高温煅烧后，加适量石膏，磨成细粉,硅酸盐产品,玻璃:以纯碱、石灰石和石英为原料，高温熔融 。普通玻璃: Na2OCaO6SiO2,硅酸盐产品,金刚砂SiC,硅钢,硅橡胶,生物陶瓷,其他含硅元素的物质,三、硅单质,1、存在：,2、物理性质：,在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。,晶体硅是带有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于金刚石，熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,在常温下，硅的化学性质可归纳为“亲氟亲碱”即常温下可以和F2、HF、NaOH溶液反应，但与O2、Cl2、H2SO4、HNO3都不反应，所以常温下硅单 质的化学性质不活泼,Si + O2 = SiO2 Si + 2 Cl2 = SiCl4,Si+2F2 = SiF4 Si+4HF = SiF4 + 2H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+ 2H2,常温下,加热时,3、化学性质：,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,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,硅芯片,用途：,1、用于制造硅芯片、集成电路等半导体器件； 2、制造太阳能电池； 3、制造合金,Si,晶体结构,晶体硅、无定形,空间构型：正四面体,物理性质,色：金属光泽,态：灰黑色固体,熔点：高（1410） 硬度：大 质脆,化学性质,常温下不活泼，与HCl