《二氧化硅和硅酸》课件ppt.ppt

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1、第一节 无机非金属材料的主角硅SiSi从原子角度认识硅原子从原子角度认识硅原子-原子结构原子结构C Si 既不易失去电子，也不易得到电子，既不易失去电子，也不易得到电子，所以所以,硅的化学性质不活泼硅的化学性质不活泼,主要形成四主要形成四价化合物价化合物水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（1）存在和物性（2 2）SiOSiO2 2的化学性质的化学性质: : 酸性氧化物酸性氧化物SiOSiO2 2 2NaOH = Na2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O OSiOSiO2 2 CaOCaO = CaSiO = CaSiO3 3高温高温SiO2 + 2OH- =

2、 SiO3 2- + H2O1、实验室盛装、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃用橡胶塞而不用玻璃塞？塞？ NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 = 图图 4-6 实验室盛放实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶溶液的试剂瓶特性特性SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O 氢氟酸（氢氟酸（HFHF）是唯一能与是唯一能与SiOSiO2 2反应的酸反应的酸氢氟酸：用于

3、雕刻玻璃。氢氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。保存于塑料瓶中。与盐反应： NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + CO+ CO2 2 CaCO CaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO + CO2 2 高温高温 高温高温与碳单质反应：弱氧化性SiOSiO2 2 + 2C = + 2C = Si + 2COSi + 2CO高温高温每每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S

4、i原子相结合。原子相结合。硅原子硅原子SiO2正正四面体四面体二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为1:2,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Si 与与O的原子个数比的原子个数比,不是分子式不是分子式,是是化学式。化学式。二二氧化硅的结构氧化硅的结构 二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状态状态 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碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与酸反应与酸反应 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不

5、反应不反应 = 固固 态态熔点低熔点低气气 态态熔点高、硬度大熔点高、硬度大人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、装饰、石英坩埚、光导纤维光导纤维【比较】二氧化碳和二氧化硅高温高温（3 3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途石英研钵石英研钵光导纤维坩埚坩埚水晶水晶 光导纤维、装饰、石英坩埚光学纤维胃镜光学纤维胃镜是一种白色胶状物质，是一种白色胶状物质，溶解度很小（白色沉淀）。溶解度很小（白色沉淀）。掌握：酸性强弱顺序 HCl CO2 H2SiO3（1）【实验实验4-1】制制取取原则：强原则：强酸酸制取弱制取弱酸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

6、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，同时有白色胶液红色变浅至无色，同时有白色胶状物质产状物质产生生 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。Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3（胶体）（胶体）SiO32- + 2H+ = H2SiO3 （胶体）（胶体）SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3N

7、a2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3用什么实验事实能够证明用什么实验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，向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现出现白色浑浊，即用白色浑浊，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可，可证明证明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。弱。酸制取酸原则：酸制取酸原则：较强酸制取较弱酸，较强酸制取较弱酸，高沸点高沸点 制取低沸点。制取低沸点。（2 2）化学性质）化学性质: :弱弱酸性：只能与强碱发生中和反应。酸性：只能与强碱发生中和反应。H H2 2SiOSiO3 3

8、 + 2NaOH = Na+ 2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 + 2H+ 2H2 2O O不稳定：受热易分解。不稳定：受热易分解。 H H2 2SiOSiO3 3 = H= H2 2O + SiOO + SiO2 2（3）用途）用途硅硅酸溶胶，经酸溶胶，经干燥干燥脱水就形成硅酸干胶，称为脱水就形成硅酸干胶，称为“硅硅胶胶”。常常常常用做用做干燥剂。干燥剂。二、硅 酸 盐1、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、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

9、盐是Na2SiO3、K2SiO3。3、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。活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。按配置前后原子个数守恒原则配置系数。硅酸钠：硅酸钠： NaNa2 2SiOSiO3 3 Na Na2 2OSiOOSiO2 2 硅酸钙：硅酸钙： CaSiOCaSiO3 3 CaOSiO CaOSiO2 2高岭石：高岭石：AlAl2 2(Si(Si2 2O O5

10、5)(OH)(OH)4 4 AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 正长石：正长石：KAlSiOKAlSiO3 3不能写不能写 K K2 2OAlOAl2 2O O3 33SiO3SiO2 2， 应写成应写成K K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2（2）氧化物法：4、硅酸盐在自然界的转化、硅酸盐在自然界的转化 硅酸盐矿石硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解逐渐风化分解,生成的可生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土量的黏土形成土壤胶体形

11、成土壤胶体，因其表面积巨，因其表面积巨大且一般大且一般带负电，能带负电，能吸附吸附NH4+，K+等等营营养离子，从而具有保肥能力。养离子，从而具有保肥能力。硅酸盐是如何具有保肥能力的？硅酸盐是如何具有保肥能力的？5、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，是一种一种矿物胶矿物胶，黏性很强，可以作，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。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

12、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【实验4-2】（3）用）用途途 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、纸张的黏合剂和木材、织物的黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂与盐反应与盐反应与酸反应与酸反应Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl（2）化学性质三.无机非金属材料（1）玻璃：原料：纯碱原料：纯碱(Na(Na2 2COCO3 3) )、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2) ) 设备：玻璃窑设备：玻璃窑有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：N

13、aNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2O O CaOCaO 6SiO6SiO2 2) )1、传统型硅酸盐材料：（2）水泥：原料：黏土、石灰石、石膏设备：回转窑 石膏的作用：调节水泥硬化速度。（3）陶瓷： 原料：原料：黏土为原料黏土为原料 设备：陶瓷窑设备：陶瓷窑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

14、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、超导陶瓷等新型无机非金属材料特征：耐高温、强度高； 具有电学性质； 具有光学性质； 具有生物功能；2、新型材料：（1 1）具有特殊功能的含硅物质）具有特殊功能的含硅物质碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂），具有俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。作砂纸、砂轮的磨料。硅钢硅钢 （铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。硅橡胶硅橡胶最好的既耐高温又最好的既耐高温又耐低温的橡胶。耐低温的橡胶。 分子筛分子筛具有均匀微孔结构具有均匀微孔

15、结构的铝硅酸盐。的铝硅酸盐。（2 2）新型结构陶瓷材料）新型结构陶瓷材料 高温、压电、透明、超导高温、压电、透明、超导氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷( (人造刚玉人造刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝氧化铝(Al2O3)陶瓷陶瓷氮化硅氮化硅(Si3N4)陶瓷陶瓷四、硅单质 晶体硅是良好的半导体材料1.1.硅的存在和状态：硅的存在和状态：在自然界中硅元素只有化合态，无游离态；在自然界中硅元素只有化合态，无游离态；单质硅也有晶体硅和无定形硅。单质硅也有晶体硅和无定形硅。2.2.物理性质：物理性质：单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。体，熔

16、沸点较高。3.3.化学性质：化学性质：在常温下在常温下, ,硅的化学性质不活泼硅的化学性质不活泼, ,除氟气、氢氟酸除氟气、氢氟酸和强碱外和强碱外, ,硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。即：硝酸等起反应。即：4.4.工业制粗硅：工业制粗硅：SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO粗硅提纯：粗硅提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2= SiCl= SiCl4 4SiClSiCl4 4+2H+2H2 2= Si+4HCl= Si+4HCl高温高温高温高温高温高温 Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 25.5.硅的用途：硅的用途：半导体材料硅芯片是各种计算机、硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。微电子产品的核心。硅太阳能电池硅太阳能电池