课题1　无机非金属材料(精品).ppt

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1、4.1 无机非金属材料的主角（硅）Si-26.30%氧氧 硅硅 铝铝 铁铁图图 4-1 4-1 硅的广泛存在硅的广泛存在硅的存在与分布硅的存在与分布存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以氧化物和硅酸盐的形式存在）氧化物和硅酸盐的形式存在）分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。元素。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1.1.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、硬度大晶体硅是良好的半导体

2、晶体硅是良好的半导体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从从原子结构原子结构认识硅认识硅2.2.化学性质化学性质:常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强常温下，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，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。但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。（1 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 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+2FSi+2F2 2=SiFSiF4 4Si+4HFSi+4HF=SiFSiF4 4+2H+2H2 2Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2OO=NaNa2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2ClSi+2Cl2 2=SiClSiCl4 4 Si+C=SiCSi+C=SiCSi+C=SiCSi+C=SiC高温高温高温高温Si+OSi+O2 2=SiOSiO2 2晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.集成电路、晶体管、硅整

4、流器等半导体材料，还集成电路、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可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。器铁芯等。硅太阳能电池硅太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）3、用途：结晶形结晶形 石英晶体石英晶体(SiO2)沙子沙子无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、一、二氧化硅二氧化硅（SiO2）1 1、存在、存在:硅石硅石（天然）（天然）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石英石英水晶茶水晶茶水晶紫水晶紫水晶蔷薇石英蔷薇石英黄水晶黄水晶玛瑙玛瑙光光导导纤纤维维光缆光缆 每每1个个Si原子周围结合原子周

5、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Si原子原子相结合。相结合。二氧化硅中二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为氧原子与硅原子个数比为2：1，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O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结构决定了立体网状结构决定了SiOSiO2 2具具有优良的物理和化学性质有优良的物理和化学性质2 2、结构、结构物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:_通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定硬

6、度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水1.玻璃中含有玻璃中含有SiO2，从物质组成和性质角，从物质组成和性质角度来分类，度来分类，SiO2属于哪类物质？属于哪类物质？2.SiO2可能具有哪些化学性质？可能具有哪些化学性质？设疑设疑:实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其 它溶液的试剂瓶有何不同？为什么它溶液的试剂瓶有何不同？为什么？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是唯一是唯一能跟其反应的酸）能跟其反应的酸）4HF+SiO4HF+SiO2 2 =SiF=SiF4 4+2H+2H2 2O O（b

7、 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+SiO2NaOH+SiO2 2 =Na =Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2OO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：SiOSiO2 2+CaO =CaSiO+CaO =CaSiO3 3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。)HFHF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。

8、用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。性性 质质二氧化碳二氧化碳(CO2)二氧化硅二氧化硅(SiO2)SiO2与与CO2化学性质的比较化学性质的比较 COCO2+H+H2O=HO=H2COCO3COCO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2COCO3 3+H+H2OOCOCO2+Na+Na2O=NaO=Na2COCO3SiOSiO2+4HF=SiF+4HF=SiF4+2H+2H2OOSiOSiO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2SiOSiO3+H+H2OOSiOSiO2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3高温高温酸性氧化物酸性氧化物与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应与碱反应与碱反应与水反应与水

9、反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应现代通信用现代通信用光缆光缆光光学学纤纤维维胃胃镜镜用用光光导导纤纤维维做做无无开开刀刀手手术术光导纤维光导纤维手术头灯手术头灯光导纤维光导纤维SiOSiO2 2的用途的用途 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，磨口塞细口瓶，磨口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 实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，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。请在对应的各种试剂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。瓶和所装试剂之间进行连线。二、硅酸二、

10、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；是一种是一种弱弱酸，酸，不能使指示剂变色不能使指示剂变色。思考思考二氧化硅难溶于水，又不与水反应，二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，如何制得硅酸呢？那么，如何制得硅酸呢？由可溶性硅酸盐与其他酸反应制备。由可溶性硅酸盐与其他酸反应制备。实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸现 象结 论方程式滴入酚酞溶液呈红色 Na2SiO3溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl实验探究滴入盐酸有白色胶状物质产生硅酸难溶于水知识拓展：把稀硫酸加

11、入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？现 象结 论方程式滴入硫酸有凝胶产生硅酸难溶于水NaNa2 2SiOSiO3 3+H+H2 2SOSO4 4=H=H2 2SiOSiO3 3（胶体）（胶体）+Na+Na2 2SOSO4 4 所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，硅酸浓度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、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经较大时，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，称为干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。硅胶多孔，吸附水。硅胶多孔，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，分能力强

12、，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。（1）制取：）制取：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3白色胶状白色胶状强酸制弱酸（2）性质：）性质：白色胶状，难溶白色胶状，难溶 弱酸性（酸性弱酸性（酸性 H2SiO3 H2CO3）脱水形成脱水形成硅胶硅胶Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）（胶体）+Na2CO3（用作干燥剂）（用作干燥剂）原原理理 硅酸是一种硅酸是一种比碳酸还要弱比碳酸还要弱的酸。请的酸。请利用中学实验利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证

13、明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。用用H H2 2COCO3 3可制得可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可证明，可证明H H2 2SiOSiO3 3 的的酸性比酸性比HH2 2COCO3 3弱。弱。H H2 2SiOSiO3 3 稳定性差，受热易分解稳定性差，受热易分解H H2 2SiOSiO3 3 =SiO =SiO2 2 +H+H2 2OO三、三、硅酸盐硅酸盐结构复杂，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。最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3),其其水溶液俗称水溶液俗称水玻璃水玻璃或者或者泡花

14、碱泡花碱，用于，用于硅胶和木材防火剂，作肥皂填硅胶和木材防火剂，作肥皂填料、粘合剂料、粘合剂等。等。是由是由硅、氧硅、氧和和金属金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。1、概念：、概念：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Na、K盐外）化学稳定性高。盐外）化学稳定性高。种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。实验实验4-24-2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当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织

15、物可防火制备木材防火剂的原料制备木材防火剂的原料2、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示1、将硅酸盐中所有元素都写成、将硅酸盐中所有元素都写成氧化物氧化物。氧化物书写顺序：。氧化物书写顺序：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SiO2H2O2、氧化物之间用、氧化物之间用“”隔开隔开3、在氧化物前面按化学式中的比例添加系数、在氧化物前面按化学式中的比例添加系数硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3)镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O高岭石高岭石Al2(Si2O5)(

16、OH)4Al2O32SiO22H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2钾云母 几种硅酸盐产品几种硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。水泥水泥:以石灰石和黏土为原料以石灰石和黏土为原料硅酸盐产品硅酸盐产品玻璃玻璃:以纯碱、石灰石和石英为原料 普通玻璃普通玻璃:Na:Na2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2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人面鱼纹盆人面鱼纹盆(陶瓷陶瓷)砖瓦砖瓦(陶瓷陶瓷)陶

17、瓷陶瓷(China)(China)：以粘土原料以粘土原料金刚砂金刚砂硅钢硅钢硅橡胶硅橡胶生物陶瓷生物陶瓷特殊含硅物质特殊含硅物质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

18、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归纳总结归纳总结相应练习相应练习1已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2现把现把11.5g钠和钠和4.2g硅同时投入硅同时投入100g水中，在标况下水中，在标况下可收集到可收集到H2多少多少L？（提示：与？（提示：与Si反应的反应的NaOH是过量的）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)1222.411.5235.6LX相应练习相应练习2在实验室里，将细砂粉（在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反也可得到粗硅，反 应的化学方程式为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、氧化这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为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+H2