第四章第一节无机非金属材料的主角硅.ppt

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1、第一节第一节 无机非金属材料的主角硅无机非金属材料的主角硅一、硅一、硅含量：居第二位，仅次于氧含量：居第二位，仅次于氧1、硅的含量和存在、硅的含量和存在存在：只有化合态存在：只有化合态-氧化物和硅酸盐氧化物和硅酸盐有金属光泽有金属光泽的灰黑色固体，熔沸点较高、硬度大、的灰黑色固体，熔沸点较高、硬度大、有脆性，有脆性，半导体半导体。结构与金刚石类似。结构与金刚石类似。2、硅原子结构示意图：、硅原子结构示意图：+142 84和和C相似相似常温性质不活泼常温性质不活泼，只与氟气，只与氟气、氢氟酸氢氟酸、强碱反应强碱反应3、硅的性质、硅的性质（1）物理性质：）物理性质：（2）化学性质：）化学性质：Si

2、+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si有亲氧性有亲氧性粗硅粗硅制硅芯片、制硅芯片、半导体半导体、硅太阳能电池等、硅太阳能电池等加热时能和加热时能和O2、Cl2反应反应 Si+O2 =SiO2 Si+2Cl2 =SiCl43、硅的工业制法：、硅的工业制法：SiO2+2C=Si+2CO高温高温 Si+2Cl2 =SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温高纯硅高纯硅4、用途：、用途：二、二氧化硅（二、二氧化硅（SiO2）1、存在：存在：2、结构：、结构：硅石硅石结晶形结晶形无定形无定形 硅藻硅藻空间结构空间结构表示硅原子表示

3、硅原子平面结构平面结构N(Si):N(O)=1:2，以以【SiO4】四面体形成立体网状结构四面体形成立体网状结构每个每个Si结合结合4个个O，每个每个O结合结合2个个Si,水晶水晶玛瑙玛瑙石英石英水晶水晶玛瑙玛瑙玛瑙玛瑙石英坩埚石英坩埚石英光导纤维石英光导纤维二氧化硅的用途二氧化硅的用途3、SiO2的用途（1）沙子是基本的建筑材料；（2）纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维；（3）石英和玛瑙制作饰物和工艺品。5、SiO2的化学性质的化学性质（1）稳定性：不与水、一般的酸反应。）稳定性：不与水、一般的酸反应。（2）特性：）特性：SiO2由原子构成，由原子构成，没有分子，

4、没有分子，CO2由分子由分子构成构成4、SiO2物理性质：物理性质：熔点沸点高，硬度大，不导电，不溶于水熔点沸点高，硬度大，不导电，不溶于水CO2SiO2物理性质物理性质与水反应与水反应与碱反应与碱反应与与CaO反应反应与氢氟酸与氢氟酸结论结论6、CO2和和SiO2的性质比较的性质比较COCO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3不反应不反应COCO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OCaO+COCaO+CO2 2=CaCO=CaCO3

5、3CaO+SiO2 CaSiO3高温高温不反应不反应SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O OCO2和和SiO2都是酸性氧化物都是酸性氧化物5、用途：制耐热容器、光导纤维等、用途：制耐热容器、光导纤维等无色无味气体，能溶无色无味气体，能溶于水，密度比空气大。于水，密度比空气大。固态、不溶于水、固态、不溶于水、硬度大、熔点高硬度大、熔点高 思考：思考：1、酸性氧化物都能与水反应得到酸吗？、酸性氧化物都能与水反应得到酸吗？2、酸性氧化物和所有的酸都不反应吗？、酸性氧化物和所有的酸都不反应吗？3、玻璃中有、玻璃中有SiO2，氢氟酸如何保存？，氢氟酸如何保存？4、

6、能用氢氟酸来、能用氢氟酸来“雕刻雕刻”玻璃吗？玻璃吗？SiO2不能不能SiO2+4HF=SiF4+H2O用塑料瓶用塑料瓶能，生成气体和水能，生成气体和水5 5、实验室盛放、实验室盛放NaOHNaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，知道原因吗？橡皮塞而不用玻璃塞，知道原因吗？NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应反应生成有黏性的生成有黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘结而不易打开。会使瓶塞与瓶口粘结而不易打开。三、硅酸三、硅酸现象现象结论结论反应式反应式滴入酚酞变红，滴加盐酸溶液颜色变浅最后消滴入酚酞变红，滴加盐酸溶液颜色变浅最后消失，有白色胶状沉淀生成。失，有

7、白色胶状沉淀生成。硅酸钠溶液呈碱性，与稀硅酸钠溶液呈碱性，与稀HCl发生了化学发生了化学反应反应Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClNa2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3强酸制弱酸强酸制弱酸2 2、硅酸的硅酸的物理性质：物理性质：SiO3 2+2H=H2SiO31、硅酸的制备：、硅酸的制备：（H2SiO3）白色胶状，难溶于水白色胶状，难溶于水 实验：往饱和硅酸钠溶液中滴入几滴酚酞后，再滴加稀实验：往饱和硅酸钠溶液中滴入几滴酚酞后，再滴加稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。白色胶状白色胶状3 3、硅酸的化

8、学性质：、硅酸的化学性质：（3）脱水形成硅胶脱水形成硅胶Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3硅胶用作干燥剂和催化剂的硅胶用作干燥剂和催化剂的载体载体酸性酸性 H2SiO3 SiOSiO2 2 B.B.酸性：酸性：H H2 2SiOSiO3 3HH2 2COCO3 3 C.C.熔点：熔点：SiOSiO2 2COCO2 2(干冰干冰)D.)D.导电能力：导电能力：SiCuSiCu 3 3、下列下列溶液溶液不能用玻璃瓶来盛装的是不能用玻璃瓶来盛装的是()()A.A.烧碱烧碱 B.B.硅酸钠硅酸钠 C.C.氢氟酸氢氟酸 D.D.碳酸钠碳酸钠 4 4、除去、除去SiOSiO2 2中

9、的中的CaOCaO杂质，最适宜的试剂是（杂质，最适宜的试剂是（）A.A.纯碱溶液纯碱溶液 B B 盐酸盐酸 C C 硫酸硫酸 D D 苛性钠溶液苛性钠溶液 5 5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（）A.A.石英坩埚石英坩埚 B.B.璃坩埚璃坩埚 C.C.铁坩埚铁坩埚 D.D.陶瓷坩埚陶瓷坩埚BCCBC四、硅酸盐四、硅酸盐1 1、定义、定义:（1）硅酸盐是一类结构复杂的物质，除硅酸盐是一类结构复杂的物质，除K K+、NaNa+、NHNH4 4+的硅酸盐外，其余硅酸盐一般不溶于水。的硅酸盐外，其余硅酸盐一般不溶于水。（2）硅酸盐化学性质很稳定，可溶性硅酸盐均能

10、硅酸盐化学性质很稳定，可溶性硅酸盐均能与酸（如盐酸、碳酸等）反应产生与酸（如盐酸、碳酸等）反应产生H H2 2SiOSiO3 3沉淀。沉淀。（3）硅酸钠溶液呈碱性，硅酸钠溶液呈碱性，硅酸钠水溶液俗称水玻硅酸钠水溶液俗称水玻璃璃，可用作肥皂填料、，可用作肥皂填料、木材防火剂及硅胶木材防火剂及硅胶。硅酸盐是指由硅、氧和金属组成硅酸盐是指由硅、氧和金属组成的化合物的总称的化合物的总称2、性质：、性质：放入蒸馏水放入蒸馏水 放入放入Na2SiO3饱和液饱和液现象现象结论结论Na2SiO3能耐高温，不能燃烧能耐高温，不能燃烧3 3、硅酸盐组成的表示、硅酸盐组成的表示硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）石棉（

11、石棉（CaMg3Si4O12）K2OAl2O36SiO2nMxOymSiO2PH2O(活泼金属氧化物在前活泼金属氧化物在前)由于硅酸盐种类繁多，结构复杂，通常用由于硅酸盐种类繁多，结构复杂，通常用 二氧化硅和金属氧化物的形式二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。表示其组成。CaO3MgO4SiO2主要原料主要原料主要成分主要成分陶瓷陶瓷 黏土黏土SiO2、硅酸盐硅酸盐水泥水泥 石灰石石灰石 黏土黏土 3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3玻璃玻璃 石灰石石灰石 纯碱纯碱 石英石英Na2OCaO6SiO24、硅酸盐工业、硅酸盐工业长石（长石（KAlSi3O8）高岭土高岭土Al2S

12、i2O5(OH)4Al2O32SiO22H2ONa2OSiO2 陶瓷烧制过程示意图陶瓷烧制过程示意图五、新型无机非金属材料五、新型无机非金属材料碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 硬度大作磨料硬度大作磨料SiC俗名金刚砂俗名金刚砂+4-4高温结构陶瓷高温结构陶瓷(氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷)耐高温耐氧化耐高温耐氧化耐腐蚀作发动机等耐腐蚀作发动机等压电陶瓷压电陶瓷 机械能电能相互转化作点火器机械能电能相互转化作点火器透明陶瓷透明陶瓷(氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷)耐高温光学性能好耐高温光学性能好作灯管车窗作灯管车窗超导陶瓷超导陶瓷 作高温超导材料作高温超导材料硅橡胶硅橡胶 既耐高温又耐低温既耐高温又耐低温新型陶瓷制成的人造

13、骨新型陶瓷制成的人造骨既耐既耐高温又耐低温高温又耐低温 的硅橡胶制品的硅橡胶制品六、碳和硅的差异六、碳和硅的差异1、自然界中、自然界中C既有游离态又有化合态，既有游离态又有化合态，而而Si只有化合态，因为只有化合态，因为Si是亲氧元素是亲氧元素2、C和和O2反应产物有反应产物有CO、CO2。而。而Si只有只有SiO23、CO2和碱反应生成正盐或酸式盐，和碱反应生成正盐或酸式盐，而而SiO2只生成正盐只生成正盐4、Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3 Na2SiO3+H2O+SiO2不反应不反应6、CO32-、HCO3-、SiO32-的检验的检验5、可溶碳酸正盐与酸反应分步进行，硅酸盐和、可溶碳酸正盐与酸反应分步进行，硅酸盐和 难溶碳酸盐与酸反应一步完成。难溶碳酸盐与酸反应一步完成。CO32-:CaCl2白色沉淀稀盐酸沉淀溶解白色沉淀稀盐酸沉淀溶解无色无味气体无色无味气体HCO3-:CaCl2无现象无现象稀盐酸无色无味气体稀盐酸无色无味气体SiO32-:稀盐酸稀盐酸白色胶冻状沉淀白色胶冻状沉淀