硅及其化合物 课件(精品).ppt

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1、无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅 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,约占地壳总质量的90%以上硅元素在自然界中的存在形式：硅元素在自然界中的存在形式：二氧化硅、硅酸盐二氧化硅、硅酸盐硅是一种硅是一种亲氧亲氧元素元素SiO2+2C=Si+2CO高温SiCl4+2H2=Si+4HCl高温Si+2Cl2=SiCl4高温从沙漠到芯片硅的冶炼和提纯过程从沙漠到芯片硅的冶炼和提纯过程SiO2C、高温、高温Cl2H2SiCl4Si Si液态，可蒸馏提纯液态，可蒸馏提纯提纯单质硅提纯单质硅高纯度高纯度1、SiO2的物理性质的物理性质熔沸点高，硬度大，不溶于水熔沸点高，硬度大

2、，不溶于水结晶形：石英结晶形：石英无定形（硅藻土）无定形（硅藻土）水晶水晶玛瑙玛瑙硅石硅石存在形式存在形式一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）每个每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子原子每个每个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子原子 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：12、SiO2的结构的结构晶体的化学式为晶体的化学式为SiO2，不表示有，不表示有SiO2分子组成，晶分子组成，晶体中只有体中只有Si、O原子，没有分子。原子，没有分子。SiO2是正四面体的空间网状结构是正四面体的空间网状结构Si：14号元素号元素O：8号元素号元素CO2与碱反应与

3、碱反应CO2与与碱性氧化物反应碱性氧化物反应CO2与与H2O反应反应回顾：回顾：SiO2+H2OH2SiO3与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与强碱反应与强碱反应（1）酸性氧化物）酸性氧化物SiO2+CaO=CaSiO3高温高温3、SiO2的化学性质的化学性质与盐反应与盐反应SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2高温高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2高温高温制玻璃的反应制玻璃的反应普通玻璃的组成：普通玻璃的组成：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（2）与氢氟酸（）与氢氟酸（HF）反应）反应Si元素的亲氟性元素的亲氟性SiO2+4

4、HF=SiF4+2H2O玻璃中含有玻璃中含有SiO2，所以，所以可以用可以用HF来蚀刻玻璃来蚀刻玻璃（3）与）与C在高温条件下反应在高温条件下反应SiO2的弱氧化性的弱氧化性SiO2+2C=Si+2CO高温高温二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化学式化学式化学式的化学式的意义意义通常状况通常状况下的状态下的状态硬度硬度水溶性水溶性熔沸点熔沸点二氧化硅和二氧化碳的比较二氧化硅和二氧化碳的比较CO2SiO2表示二氧化碳分表示二氧化碳分子及其组成子及其组成表示二氧化硅晶体中表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比硅氧原子个数比气态气态固态固态小小大大可溶于水可溶于水不溶于水不溶于水较低较低较高较高二氧化碳二氧

5、化碳二氧化硅二氧化硅稳定性稳定性与水反应与水反应与碱性氧化物与碱性氧化物与碱反应与碱反应与与HF反应反应弱氧化性弱氧化性与盐反应与盐反应稳定稳定很稳定很稳定CO2+H2O=H2CO3不反应不反应CO2+CaO=CaCO3高温高温SiO2+CaO =CaSiO3CO2+2NaOH Na2CO3+H2OSiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O不反应不反应SiO2+4HFSiF4+2H2OCO2+C=2CO高温高温 高温高温SiO2+2C=Si+2COCO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3 CO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)2SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2高温高温S

6、iO2+CaCO3=CaSiO3+CO2高温高温二氧化硅和二氧化碳的比较二氧化硅和二氧化碳的比较4、SiO2的用途的用途光导纤维光导纤维石英玻璃制化学仪器石英玻璃制化学仪器石英表、石英钟石英表、石英钟水晶制光学仪器和工艺品水晶制光学仪器和工艺品玛瑙制精密轴承和装饰品玛瑙制精密轴承和装饰品SiO2二、硅酸二、硅酸 二氧化硅是酸性氧化物，其对应的水化物叫硅二氧化硅是酸性氧化物，其对应的水化物叫硅酸。硅酸是一种难溶于水的弱酸酸。硅酸是一种难溶于水的弱酸 由于由于SiO2不能溶于水生成硅酸，在实验室里一般不能溶于水生成硅酸，在实验室里一般用可溶性的硅酸盐与其他酸反应而制得。用可溶性的硅酸盐与其他酸反应

7、而制得。实验实验1 向加有酚酞的向加有酚酞的Na2SiO3溶液中滴加溶液中滴加 HCl 1.1.滴入酚酞后溶液变为红色。滴入酚酞后溶液变为红色。滴入酚酞后溶液变为红色。滴入酚酞后溶液变为红色。2.2.再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有无色胶状物产生。同时有无色胶状物产生。同时有无色胶状物产生。同时有无色胶状物产生。Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3(胶体胶体)实验现象：实验现象：实验现象：实验现象：硅酸凝胶硅酸凝胶:软而透明软而透明,胶冻状胶冻状干燥脱水后得到硅酸干凝胶

8、，称为干燥脱水后得到硅酸干凝胶，称为“硅胶硅胶”Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3实验实验2：设计实验比较硅酸和碳酸的酸性：设计实验比较硅酸和碳酸的酸性酸性：酸性：HCl H2CO3 H2SiO3实验：向实验：向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2有无色胶状物产生有无色胶状物产生思考思考：这个结论与：这个结论与SiO2在高温下与碳酸盐的反应矛盾吗在高温下与碳酸盐的反应矛盾吗?与强碱发生中和反应与强碱发生中和反应 不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 H2SiO3 =H2O+SiO2H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O硅酸盐

9、矿物在自然界中分布极为广泛。已知的硅酸盐矿物有600多种，约占已知矿物种的1/4，占地壳岩石圈总质量的85%。三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称在硅酸盐结构中，每个在硅酸盐结构中，每个Si原子原子一般为四个一般为四个O原子包围，构成原子包围，构成SiO4四面体，即硅氧骨干，四面体，即硅氧骨干，它是硅酸盐的基本构造单位。它是硅酸盐的基本构造单位。结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定硅酸盐的一般性质硅酸盐的一般性质（2）氧化物化学式法：金属氧化物（活动性顺序）二氧化硅水（1）盐化学式法

10、：如：Na2SiO3、CaSiO3、K2SiO3 等硅酸盐组成的表示方法：滑 石：3MgO4SiO2H2O云 母：K2O3Al2O36SiO22H2O沸 石：Na2OAl2O33SiO22H2O石 棉：3MgOCaO4SiO2高岭石（黏土）：Al2O32SiO22H2O 如：硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3），俗名叫泡花碱，白色固体，），俗名叫泡花碱，白色固体，易溶于易溶于水水，其水溶液俗名叫，其水溶液俗名叫水玻璃水玻璃。硅酸盐的用途硅酸盐的用途实验实验4-2放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论先变干，后燃烧先变干，后燃烧仅变干，不燃烧仅变干，不燃烧Na2S

11、iO3溶液可作木材、纸张的防火剂溶液可作木材、纸张的防火剂 水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。用途广泛的硅酸盐产品用途广泛的硅酸盐产品制备水泥的原料：黏土、石灰石、石膏制备水泥的原料：黏土、石灰石、石膏1、原子结构、原子结构14号元素、最外层号元素、最外层4个电子个电子既不容易失电子，也不容易既不容易失电子，也不容易得电子得电子可得可得4个电子，显氧化性个电子，显氧化性可失可失4个电子，

12、显还原性个电子，显还原性四、硅单质四、硅单质2、物理性质、物理性质 晶体硅是具有正四面体晶体硅是具有正四面体结构的结构的立体网状结构立体网状结构的晶的晶体，带有金属光泽、灰黑体，带有金属光泽、灰黑色、硬而脆，熔点色、硬而脆，熔点1410、沸点沸点2355，密度为，密度为2.32g/cm3，导电性介于导导电性介于导体和绝缘体之间，是良好体和绝缘体之间，是良好的的半导体材料半导体材料3、化学性质、化学性质 常温下，硅的化学性质很稳定，除常温下，硅的化学性质很稳定，除F2、HF和强和强碱外，硅不跟其它物质（如碱外，硅不跟其它物质（如O2、Cl2、H2SO4、HNO3等等）反应。）反应。Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2（1）制集成电路、）制集成电路、晶体管、光电池等的晶体管、光电池等的半导体材料半导体材料（2）含硅）含硅4%的钢可的钢可制变压器铁芯制变压器铁芯（3）含硅）含硅15%的钢的钢具有耐酸性，制耐酸具有耐酸性，制耐酸设备设备4、硅的用途、硅的用途