教育专题：《无机非金属材料的主角—硅》课件.ppt

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1、问题问题v 自然界中的岩石、沙子、土壤自然界中的岩石、沙子、土壤是由什么构成？是由什么构成？1你还知道你还知道哪些含硅哪些含硅的物质？的物质？2水晶水晶玛瑙玛瑙3456硅硅的的广广泛泛存存在在7元素周期表元素周期表8第A族的二兄弟碳和硅豪门二杰碳碳元素元素硅硅元素元素形成了无数种构成人类和其形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，它地球生物等的有机物，“统治了有机界统治了有机界”。煤、石油等有机化产品和材煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石料是现代化的基石地壳质量的约地壳质量的约90%90%，构成了地壳，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤，大部分岩石、沙子和土壤，“统治了地壳统治了地壳

2、”硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异水泥等使人类生活日新月异9一、二氧化硅和硅酸 硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物氧化物及及硅酸盐硅酸盐的形式存在。的形式存在。1、二氧化硅（二氧化硅（SiO2）SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的质量的12，其存在形态有，其存在形态有结晶形结晶形和和无定形无定形两大类，通称硅石。两大类，通称

3、硅石。SiOSiO2 2的结构的结构10玛瑙玛瑙水晶水晶晶晶体体二二氧氧化化硅硅硅藻土硅藻土中国硅藻土资源丰富。全国中国硅藻土资源丰富。全国10个省个省(区区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石处，总保有储量矿石3.85亿吨。亿吨。仅次于美国，居世界第仅次于美国，居世界第2位。在地区分位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等山东临

4、胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和和陆源沉积型陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻云南寻甸、四川米易硅藻土矿等土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪，以第三纪为主。和第四纪，以第三纪为主。无无定定形形二二氧氧化化硅硅11光光学学纤纤维维胃胃镜镜二氧化硅的用途二氧化硅的用途12二氧化硅的用途二氧化硅的用途13 坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。不溶于水，硬度比较大。（1 1）物理性质：）物理性质：14（2 2）化学性质：）化学性质：（a a）常温与氢氟酸（）常温与氢氟酸（SiOSiO2 2很不活泼，很不活泼，HFHF是是唯一能

5、跟其反应的酸）唯一能跟其反应的酸）4HF+SiO4HF+SiO2 2=SiFSiF4 4+2H+2H2 2O O（b b）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O与强碱反应：与强碱反应：与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：SiO2+CaO=CaSiO3高温高温(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOHNaOH、KOHKOH、NaNa2 2COCO3 3、NaNa2 2SiOSiO3 3等溶液。等溶液。)152.硅酸（硅酸（H2SiO3）思考：思考：1.1.二氧化硅不溶于水，不跟

6、水反应，二氧化硅不溶于水，不跟水反应，如何从二氧化硅来制备如何从二氧化硅来制备H H2 2SiOSiO3 3是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3 所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室。硅胶

7、多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。剂的载体。实验实验4116二、硅酸盐 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。般都不溶于水，化学性质很稳定。最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其），其水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏

8、胶剂等。胶剂等。实验实验42 几种硅酸盐产品几种硅酸盐产品陶瓷陶瓷、玻璃玻璃、水泥水泥，最重要，最重要的无机非金属材料。的无机非金属材料。新型的陶瓷新型的陶瓷1718三、新型无机非金属材料的特性三、新型无机非金属材料的特性1.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。192.具有电学特性，一些新型无机非金属具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，材料可以作为半导体、导体、超导体等

9、，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。板。203.具有光学特性。有些新型无机具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。红外线、雷达射线穿过。处处于于高高温温下下的的光光导导纤纤维维21F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。224.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，对人体组织有较好的适应性，可直接

10、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。人人造造关关节节23（2）硅酸盐组成的表示）硅酸盐组成的表示用二氧化硅和金属氧化物的形式表示用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。其组成。24实实 例例NaNa2 2SiOSiO3 3NaNa2 2O OSiOSiO2 225高岭石高岭石AlAl2 2（SiSi2 2O O5 5）（）（OHOH）4 4AlAl2 2O O3 3 2SiO2SiO2 22H2H2 2O O26l要领：要领：两边原子个数守恒两边原子个数守恒l格式：金属氧化物、二氧化硅、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水l顺序：金属按活动顺序表顺序：金属按活动顺序表

11、27 K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)228三、硅（三、硅（SiSi）硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体2、熔、沸点高、硬度大3、晶体硅是良好的半导体常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。29301 1、与氟气反应：、与氟气反应：2 2、与氢氟酸反应：、与氢氟酸反应：3 3、与强碱溶液反应：、与强碱溶液反应：4 4、与氯气反应：、与氯气反应：5 5、与氧气反应、与氧气反应Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+

12、2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO231存在存在在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。用途用途集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。集成电路 晶体管32制备制备工业上：SiO2 粗硅 SiCl4 Si+C +Cl2 精馏+H2高温高温高温Si+2C=2CO+Si(含杂质的粗硅)Si+2Cl2=SiCl4生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2还原SiCl4+2H2=4HCl+Si(纯度高的多晶硅)高温高温高温33相应练习相应练习1已知硅与强

13、碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过量的）解：解：Na1/2H223 1/222.411.5 XSi2H228 222.44.2 YY=(4.2 2 22.4)/28=6.72(L)VH2=5.6+6.72=12.32(L)1222.411.5235.6LX34相应练习相应练习2在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反 应的化学方程式为这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用

14、盐酸除去，有关反应的化学方程式为SiO2+2Mg=2MgO+Si高温MgO+2HCl=MgCl2+H2OMg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4Mg+2HCl=MgCl2+H235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作业：习题作业：习题1、4归纳归纳总结总结36