第四章第一节 ——硅.ppt
第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅一、硅元素在自然界的存在和含量一、硅元素在自然界的存在和含量3 3、存在形式、存在形式1 1、地壳中的含量、地壳中的含量仅次于氧仅次于氧 化合态化合态：硅的氧化物和：硅的氧化物和硅酸盐硅酸盐2 2、存在、存在岩石、沙子、土壤岩石、沙子、土壤二、硅原子的结构二、硅原子的结构 1 1、画出、画出C C、SiSi的原子结构简图，并由此分析：硅的化的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质为什么活不活泼？硅的化合价主要是多少？学性质为什么活不活泼？硅的化合价主要是多少？2 2、在自然界中有大量游离态的碳，但却没有硅，这、在自然界中有大量游离态的碳，但却没有硅，这说明了什么？说明了什么？思考与交流 SiSi原子最外层有四个电子原子最外层有四个电子,既不易失电子既不易失电子,也不易得电子也不易得电子,所以所以,硅的化学性质不活泼。主硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。要形成四价的化合物。原子结构示意图原子结构示意图 在自然界中的存在在自然界中的存在 碳碳 硅硅主要形成石灰岩和碳酸盐；其主要形成石灰岩和碳酸盐；其氧化物二氧化碳通常以分子形氧化物二氧化碳通常以分子形式存在于大气中。自然界中有式存在于大气中。自然界中有稳定的单质稳定的单质是一种亲氧元素，主要以熔点是一种亲氧元素，主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式很高的氧化物及硅酸盐的形式存在存在。C +6 2 4Si +14 2 8 4思考与讨论思考与讨论1:SiO1:SiO2 2是不是两性氧化物？是不是两性氧化物？三、二氧化硅三、二氧化硅1、存在、存在硅石（结晶形、无定形）：石英、水晶、玛瑙、硅藻土硅石（结晶形、无定形）：石英、水晶、玛瑙、硅藻土2、结构、结构正四面体的空间网状结构正四面体的空间网状结构10928约180SiO3、物理性质、物理性质难溶于水，熔点高，硬度大难溶于水，熔点高，硬度大4、化学性质、化学性质 酸性氧化物（类比酸性氧化物（类比CO2）特性（与特性（与HF酸反应）（刻蚀玻璃）酸反应）（刻蚀玻璃）SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 弱氧化性弱氧化性 SiO2+2C =Si+2CO高温高温化学性质化学性质CO2SiO2SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OCOCO2 2+CaO=CaCO+CaO=CaCO3 3SiOSiO2 2+CaO+CaO 高温高温CaSiOCaSiO3 3与与NaOHNaOH反应反应与与CaOCaO反应反应与与CaOCaO反应反应COCO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O与与NaOHNaOH反应反应COCO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3与与H H2 2O O反应反应与与H H2 2O O反应反应不反应不反应思考与讨论思考与讨论2:2:实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶为什么用溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？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，使瓶塞，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装部分粘结而无法打开。因此盛装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。用途：制用途：制光导纤维光导纤维、电子工业重要部件、光学仪、电子工业重要部件、光学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造石英器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造石英电子表、石英钟等。电子表、石英钟等。SiO25 5、用途、用途装饰品装饰品石英坩埚石英坩埚光导纤光导纤维维石英手表石英手表光学仪器光学仪器耐磨器皿耐磨器皿精密仪器轴承精密仪器轴承四、硅酸四、硅酸探究步骤探究步骤观察现象观察现象探究结论探究结论实验实验4-1：向试管中加入向试管中加入3-5mlNaSiO3溶液，滴入溶液，滴入1-2滴酚酞，再用胶头滴管逐滴酚酞，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅至接荡，至溶液红色变浅至接近消失时停止。静置。观近消失时停止。静置。观察变化过程中的现象。察变化过程中的现象。思考与讨论思考与讨论3:3:二氧化硅难溶于水，如何制得硅酸？二氧化硅难溶于水，如何制得硅酸？滴滴入入酚酚酞溶液呈酞溶液呈红色，滴红色，滴入盐酸有入盐酸有透明的硅透明的硅酸凝胶产酸凝胶产生生 Na2SiO3溶液呈溶液呈碱性，生成的碱性，生成的硅酸可聚合形硅酸可聚合形成胶体溶液，成胶体溶液，浓度增大时形浓度增大时形成软而透明的成软而透明的硅酸凝胶。硅酸凝胶。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体胶体）+2NaCl1、制法、制法Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO42、性质、性质 白色胶状固体，难溶于水白色胶状固体，难溶于水 弱酸性：不能使指示剂变色（酸性弱酸性：不能使指示剂变色（酸性 H2SiO3 H2CO3）脱水形成脱水形成“硅胶硅胶”Na2SiO3 +CO2 +H2O=H2SiO3+Na2CO3思考与讨论思考与讨论4:4:如何设计实验证明二者酸性强弱？如何设计实验证明二者酸性强弱？不稳定性：不稳定性：H2SiO3 SiO2+H2OH4SiO4=H2SiO3+H2O 干燥剂干燥剂吸附剂吸附剂催化剂的载体催化剂的载体3、用途（硅胶）、用途（硅胶）第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅五、硅酸盐五、硅酸盐1、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。2、性质：大多不溶于水，化学性质稳定。、性质：大多不溶于水，化学性质稳定。活泼金属氧化物活泼金属氧化物+不活泼金属氧化物不活泼金属氧化物+二氧化硅二氧化硅+水水3、表示方法：表示方法：（P77 资料卡片）资料卡片）4、硅酸钠、硅酸钠 Na2SiO3探究步骤探究步骤观察现象观察现象探究结论探究结论 实验实验4-2：取两个小木条，：取两个小木条，分别放入蒸馏水和分别放入蒸馏水和Na2SiO3 溶液中浸透，取溶液中浸透，取出在酒精灯外焰加热，观出在酒精灯外焰加热，观察现象。察现象。放入水中的木放入水中的木条水分蒸发后条水分蒸发后燃烧，放入燃烧，放入 Na2SiO3中的不中的不燃烧燃烧Na2SiO3不易燃烧，不易燃烧，可作防火可作防火剂剂练习：练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3 石棉：石棉：CaMg3Si4O12长石：长石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃：CaNa2Si6O14黏土：黏土：Al2(Si2O5)(OH)4 Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O 化学性质：化学性质：a 与酸反应：与酸反应：Na2SiO3 +2HCl=2NaCl +H2SiO3b 与盐反应：与盐反应：Na2SiO3 +CaCl2=2NaCl +CaSiO3思考与讨论思考与讨论5:5:Na2SiO3溶液在空气中久置会出现什么溶液在空气中久置会出现什么现象？原因？现象？原因？用途：用途：肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等 物理性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称物理性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻水玻璃璃、泡花碱泡花碱，无色粘稠，可制备硅胶和木材防火剂。，无色粘稠，可制备硅胶和木材防火剂。NaNa2 2SiOSiO3 35、硅酸盐工业、硅酸盐工业无机非金属材料无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料传统无机非金属材料传统无机非金属材料陶陶瓷瓷玻玻璃璃水水泥泥（新型陶瓷）（新型陶瓷）（硅酸盐产品）（硅酸盐产品）高高温温结结构构陶陶瓷瓷压压电电陶陶瓷瓷透透明明陶陶瓷瓷超超导导陶陶瓷瓷 特殊含硅化合物特殊含硅化合物碳化硅碳化硅SiCSiC，俗名，俗名金刚砂金刚砂 具有与金刚石类似的空间网状结构，硬度大，熔点高。具有与金刚石类似的空间网状结构，硬度大，熔点高。玻璃玻璃主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2OCaO6SiO2）Na2CO3+SiO2 =Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2主要原料：纯碱、石灰石和石英主要原料：纯碱、石灰石和石英 主要设备：玻璃窑主要设备：玻璃窑 水泥水泥主要原料：粘土和石灰石、石膏适量（主要原料：粘土和石灰石、石膏适量（调节水泥硬化速度）调节水泥硬化速度）主要成分：主要成分：硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2 硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2 铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl2O3主要设备：水泥回转窑主要设备：水泥回转窑 陶瓷陶瓷主要原料：粘土主要原料：粘土 新型无机非金属材料的特性新型无机非金属材料的特性能承受高温、强度高能承受高温、强度高例如：氮化硅陶瓷在例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下，左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。片、轴承、永久性模具等。具有电学特性，具有电学特性，一些新型无机非金属材料可一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。性材料常被用于集成电路的基板。具有光学特性具有光学特性 有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。具有生物特性具有生物特性有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。六、硅单质六、硅单质1 1、存在和状态：、存在和状态：(1)(1)只有化合态，无游离态；只有化合态，无游离态；(2)(2)晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅。2 2、物理性质：、物理性质：灰灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。3 3、化学性质：、化学性质：不不活泼活泼(1)(1)常温常温下：下：Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+H Si+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2(2)(2)加热加热时：与某些非金属反应时：与某些非金属反应Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 24 4、用途：、用途：半导体材料半导体材料 Si+FSi+F2 2=SiF=SiF4 4Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4硅单质硅单质 硅硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。好导磁性、耐酸性的合金。半导体晶体管半导体晶体管及及芯片芯片的出现的出现,促进了信息技术革命促进了信息技术革命硅硅的用途的用途1、制粗硅、制粗硅SiO2+2C=Si+2CO2、粗硅提纯、粗硅提纯Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl硅的工业制法硅元素硅元素单质硅单质硅Si+F2Si+HFSi+NaOH 加热能与某加热能与某些非金属单些非金属单质反应（质反应（O2、Cl2）O2Na2SiO3、CaSiO3二氧化硅是光导纤维二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和维可用作通讯材料和制造医用内窥镜等制造医用内窥镜等硅可制造集成路、硅可制造集成路、太阳能电池等；硅太阳能电池等；硅合金可用来制造变合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设压器铁芯、耐酸设备等。备等。只有化合态只有化合态SiO2硅酸盐硅酸盐C 高温高温HF无游离态无游离态常温不活泼常温不活泼练习练习:1.下列说法正确的是()A.二氧化硅溶于水显酸性B.二氧化碳通入水玻璃(Na2SiO3的水溶液)可以得到原硅酸.C.因为高温时,二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强.D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸B2.硅酸钠溶液俗称水玻璃,呈碱性.下列物质中,能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的()A.浓硫酸 B.水玻璃 C.氢氟酸 D 苛性碱A3.下列物质中能跟SiO2发生反应的是()A 盐酸 B 硝酸 C 硫酸 D 烧碱溶液D4.光纤通讯是光作为信息的载体,让光在光导纤维中传输,制造光导纤维的基本原料()A 铜 B 钢 C 石英 D 铝C5.除去二氧化硅固体中混有的CaCO3固体,方法正确的是()A 加水,过滤 B 加热C 加盐酸,过滤 D 加NaOH溶液,过滤C6.将过量的CO2分别通入(1)CaCl2溶液(2)Na2SiO3溶液(3)Ca(ClO)2溶液(4)饱和Na2CO3溶液.最终溶液中有白色沉淀的是()A(1)(2)(3)(4)B(2)(4)C(1)(2)(3)D(2)(3)B
