无机非金属材料的主角——硅.ppt

美丽的玻璃雕花艺术美丽的玻璃雕花艺术水水晶晶玛瑙玛瑙瓷器（瓷器（china）是中国最伟大的创造之一）是中国最伟大的创造之一秦砖汉瓦秦砖汉瓦秦始皇陵兵马俑秦始皇陵兵马俑三峡大坝三峡大坝现现代代建建筑筑离离不不开开玻玻璃璃的的装装饰饰和和采采光光东方明珠东方明珠硅硅太太阳阳能能电电池池硅硅芯芯片片是是各各种种计计算算机机、微微电电子子产产品品的的核核心心价值价值5元的沙子元的沙子SiO2Si点沙成金价值价值5000元的芯片元的芯片锦绣中华锦绣中华地球生物生存的根基地球生物生存的根基空气、水、阳光空气、水、阳光 硅酸盐硅酸盐无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅硅和碳硅和碳一样一样,其原子其原子既不易失去电子，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阅读阅读74页中段；页中段；1 1、碳和硅都是亲氧元素；、碳和硅都是亲氧元素；2 2、SiSi在自然界中在自然界中无单质状态无单质状态。3 3、以化合态存在：、以化合态存在：硅的氧化物和硅酸盐硅的氧化物和硅酸盐。自主学习自主学习硅石结晶形（石英）结晶形（石英）无定形无定形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玛瑙合作交流合作交流硅石可以分成几类？硅石可以分成几类？画出硅石分类的树状分类图。画出硅石分类的树状分类图。硅藻土硅藻土固体固体熔点高熔点高难溶于水难溶于水硬度大硬度大思考与交流思考与交流二氧化硅具有哪些物理性质二氧化硅具有哪些物理性质?SiOSiO2 2的这些性的这些性质是由什么决定的？质是由什么决定的？物理性质物理性质二氧化碳二氧化碳COCO2 2 二氧化硅二氧化硅SiOSiO2 2状状 态态硬硬 度度水溶性水溶性熔沸点熔沸点气气 态态固态固态很小很小很大很大可溶于水可溶于水难溶于水难溶于水很很 低低很很 高高物理性质物理性质:（与（与COCO2 2 作比较）作比较）思考交流：思考交流：为什么为什么SiO2和和CO2的物理性质差异很大？的物理性质差异很大？原因原因：SiOSiO2 2的这些性质主要与它的结构有关，的这些性质主要与它的结构有关，SiOSiO2 2是是正四面体的空间网状结构正四面体的空间网状结构，因此，因此硬度大、熔点高。硬度大、熔点高。SiO2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 二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅空空 气气 硅石、石英、水晶、硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子、硅藻土玛瑙、沙子、硅藻土熔、沸点低，熔、沸点低，微溶于水微溶于水 熔点高，硬度大，不溶于水熔点高，硬度大，不溶于水CO2+H2O=H2CO3不反应不反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO 高温高温CaSiO3不反应不反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O存存 在在物理性质物理性质化化学学性性质质与水反应与水反应与与NaOH反应反应与与CaO反应反应与酸反应与酸反应SiO2化学性质（与化学性质（与CO2比较）比较）回忆：回忆：初中学过的初中学过的CO2能和哪些物质反应能和哪些物质反应?酸性氧化物酸性氧化物 思考：思考：实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什不用玻璃塞，你知道为什么吗？么吗？原因：原因：防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2与与NaOH溶液溶液反应生成粘稠的反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘，使瓶塞和瓶口粘在一起在一起 （SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O）思考：思考：为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸?那用什么瓶保存那用什么瓶保存?为什么能用氢氟酸来刻为什么能用氢氟酸来刻蚀玻璃？蚀玻璃？原因：原因：玻璃中含有玻璃中含有SiO2会与会与HF反应生成反应生成SiF4 用塑料瓶盛装氢氟酸。用塑料瓶盛装氢氟酸。SiO2+4HF=SiF4 +2H2O雕刻玻璃雕刻玻璃 二氧化硅的用途二氧化硅的用途光导纤维光导纤维二氧化硅二氧化硅石英玻璃石英玻璃玛瑙首饰玛瑙首饰石英手表石英手表石英钟石英钟高级工艺品高级工艺品眼镜眼镜精密仪器轴承精密仪器轴承玛瑙玛瑙 硅酸硅酸(H(H2 2SiOSiO3 3)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：CO2H2OH2CO3，那，那SiO2能能否与水直接化合成否与水直接化合成H2SiO3呢？呢？那怎样制备那怎样制备H2SiO3呢？呢？实验原理：实验原理：NaNa2 2SiOSiO3 3+_+_ H H2 2SiOSiO3 3 实验实验1:向饱和向饱和Na2SiO3溶液中溶液中,滴入酚酞滴入酚酞,再再滴入稀盐酸。滴入稀盐酸。现象现象结论结论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色，滴，滴入盐酸有入盐酸有透明的硅酸凝胶透明的硅酸凝胶产生产生 Na2SiO3溶液呈碱性，硅酸难溶于水溶液呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）（胶体）+2NaCl思考：思考：向向Na2SiO3溶液中加入稀溶液中加入稀H2SO4呢呢？或者通入？或者通入CO2气体呢气体呢?又会发生什么变又会发生什么变化呢？化呢？Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3胶体胶体+Na2SO4Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3胶体胶体 CO2通入下列各溶液中，无明显通入下列各溶液中，无明显现象发生的是（现象发生的是（）A、氯化钙溶液、氯化钙溶液 B、澄清石灰水、澄清石灰水C、硅酸钠溶液、硅酸钠溶液A合作讨论：合作讨论：硅酸凝硅酸凝胶经干燥脱胶经干燥脱水后得到多水后得到多孔的硅酸干孔的硅酸干凝胶，称为凝胶，称为“硅胶硅胶”。硅胶泳帽硅胶泳帽硅胶干燥剂硅胶干燥剂 硅硅 酸酸 用用 途途 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，玻璃塞细口瓶，玻璃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 1 1、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。请在对应的各性质，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。种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。课堂回顾练习课堂回顾练习:2、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是 A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3 C.熔点：熔点：SiO2 CO2 D.硬度：硬度：SiO2 CO2C3 3、下列说法正确的是（）、下列说法正确的是（）A ASiOSiO2 2溶于水显酸性溶于水显酸性B BCOCO2 2通入水玻璃通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）硅酸钠的水溶液）可可 得硅酸得硅酸C CSiOSiO2 2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸D DSiOSiO2 2晶体中不存在单个晶体中不存在单个SiOSiO2 2分子分子B D写出下列的化学方程式：写出下列的化学方程式：、二氧化硅和氢氟酸反应、二氧化硅和氢氟酸反应2、二氧化硅和氧化钙反应、二氧化硅和氧化钙反应3、二氧化硅和氢氧化钠溶液、二氧化硅和氢氧化钠溶液4、实验室制取硅酸、实验室制取硅酸5、二氧化碳通入氢氧化钠溶液、二氧化碳通入氢氧化钠溶液SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+CaO=高温高温=CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O硅酸盐硅酸盐l硅酸盐的一般特点：硅酸盐的一般特点：一般不溶于水（除一般不溶于水（除NaNa、K K盐外），化盐外），化 学学性质很稳定。性质很稳定。种类繁多、结构复杂、构成地壳的种类繁多、结构复杂、构成地壳的 骨架。骨架。硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。料。用蒸馏水浸过用蒸馏水浸过用用Na2SiO3Na2SiO3饱和溶液饱和溶液浸过浸过现象现象结论结论用途：用途：【实验实验42】水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸过的物品可以防火用水玻璃浸过的物品可以防火肥皂填料、黏胶剂、阻燃剂肥皂填料、黏胶剂、阻燃剂硅酸盐硅酸盐组成表示组成表示硅酸钠（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 K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2K K2 2SiOSiO3 3AlAl2 2(SiO(SiO3 3)3 32SiO2SiO2 2Ca(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O10103H3H2 2O)O)K2OAl2O36SiO2 CaOAl2O33SiO23H2O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78-79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：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 瓷瓷生产生产原料：纯碱、石灰石、石英原料：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：主要主要成分：成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2高温高温SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 高温高温玻玻 璃璃 有色玻璃有色玻璃钢化玻璃钢化玻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 （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 硅单质硅单质（SiSi）硅有晶体硅和无定形硅两种单质硅有晶体硅和无定形硅两种单质物理性质物理性质:灰黑色，有金属光泽，硬而灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体脆的固体熔、沸点高、硬度大熔、沸点高、硬度大良好的半导体良好的半导体用途：用途：集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。用来制造变压器铁芯等。SiSiO2与水与水O2F2氢氟氢氟酸酸与与NaOH与与CaO不反应不反应不反应不反应SiO24HFSiF4 2H2O不反应不反应2Si2NaOHH2ONa2SiO3 2H22NaOHSiO2 Na2SiO3H2OSiO2SiO2Si2F2SiF4Si4HFSiF4 2H2 CaOSiO2CaSiO3高温高温