无机非金属材料的主角——硅课时资料.pptx

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1、科学视野科学视野美国的硅谷美国的硅谷“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美国电子和计算是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里的长条形地带上。由于它集中了全世界的长条形地带上。由于它集中了全世界0 0以上的著名半导以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是体公司，而半导体的基本元件是硅片硅片，所以该地区被称为，所以该地区被称为“硅硅谷谷”。硅谷 silicon valley第1页/共46页科学视野科学视野 地壳中含量地

2、壳中含量第2页/共46页科学视野科学视野 在地壳中硅的含量为在地壳中硅的含量为26.3%26.3%，仅次于氧。硅的氧化物及硅，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量酸盐够成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的的90%90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色。以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色。第3页/共46页科学视野科学视野锦绣中华锦绣中华第4页/共46页科学视野科学视野主要成份：主要成份：主要成份：主要成份：SiOSiO2 2第5页/共46页第6页/共46页SiSi最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。思

3、考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？碳、硅原子主要显几价？正四价（正四价（+4+4价）价）碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？层电子数与它相同？思考思考3 3：比较碳、硅亲合氧的能力。比较碳、硅亲合氧的能力。思考思考交流交流第7页/共46页思考思考交流交流晶晶体体二二氧氧化化硅硅无无定定形形二二氧氧化化硅硅晶晶第8页

4、/共46页思考思考交流交流其性质主要与结构有关：其性质主要与结构有关：正四面体空间网状结构正四面体空间网状结构SiO2的结构的结构正四面体正四面体 空间网状结构空间网状结构 硅氧原子比例：硅氧原子比例：1:2 1:2 没有没有SiOSiO2 2 分子存在，分子存在，只存在硅氧原子只存在硅氧原子第9页/共46页思考思考交流交流二氧化硅的用途二氧化硅的用途由于由于SiOSiO2 2具有优良的物理化学性能，加上具有优良的物理化学性能，加上SiOSiO2 2在自然在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。第10页/共46页光学纤维胃镜光学纤维胃镜

5、光学纤维胃镜光学纤维胃镜用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。二氧化硅的用途二氧化硅的用途交流交流研讨研讨第11页/共46页交流交流研讨研讨二氧化硅的用途二氧化硅的用途第12页/共46页交流交流研讨研讨 透过图片思考透过图片思考:二氧化硅具有哪些物理性质二氧化硅具有哪些物理性质?化学稳定性如何化学稳定性如何?第13页/共46页不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。1.1.物理性质：物理性质：思考思考交流交流第14页/共46页思考：思考：实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶用橡

6、皮溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？明确：防止玻璃中的明确：防止玻璃中的SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘溶液反应生成粘稠的稠的NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。实验实验探究探究第15页/共46页实验实验探究探究 不能与水反应不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O高温高温 酸性氧化物酸性氧化物2.化学性质化学性质第16页/共46页实验实验探究探究2.2.化学性质化学性质特性：（与氢氟酸反应）特性：（与氢氟酸反应）（用于雕刻玻璃）（用于雕刻玻璃）（用于工业制粗硅，

7、这就是（用于工业制粗硅，这就是“从沙滩到用户从沙滩到用户”）高温高温弱氧化性弱氧化性第17页/共46页二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状状 态态物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与碱与碱与碱与碱性氧性氧化物化物与酸与酸 用用 途途二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=NaNa2 2SiOSiO3 3 HH2 2OO固固 态态熔沸点低熔沸点低气气 态态熔沸点高、硬度大

8、熔沸点高、硬度大 SiOSiO2 2 4HF=SiF4HF=SiF4 4 2H2H2 2OO 人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤等装饰、石英坩埚、光纤等高温高温第18页/共46页探究实验探究实验4-13-5 mL硅酸钠溶液硅酸钠溶液1-2滴酚酞滴酚酞稀盐酸稀盐酸先先后后二、硅酸二、硅酸实验实验探究探究第19页/共46页现现 象象结结 论论化学方化学方程式程式离子方离子方程式程式SiO32-+2H+=H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3a.Na2SiO3溶液呈碱性溶液呈碱性;b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸；可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶

9、于水的硅酸；c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶;d.静置则形成硅酸沉淀。静置则形成硅酸沉淀。滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变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，同时有白色胶状沉淀产生。浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。实验实验探究探究第20页/共46页 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为干胶，称为“硅胶硅胶”。常常用做干燥剂。常常用做干燥剂。用途用途第21页/共46页一、一、SiOSiO2 2结构特点物理性质化学性质用 途二、二、H H2 2Si

10、OSiO3 3物理性质化学性质用 途实验室制法小结小结第22页/共46页4.1 4.1 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅（第（第（第（第2 2 2 2课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）第23页/共46页-24-1、初步了解硅酸盐的重要用途及组成。2、掌握硅的物理性质和重要用途。3、掌握硅酸钠的化学性质。【学习目标学习目标学习目标学习目标】【重点难点重点难点重点难点重点难点】硅酸盐的重要用途及组成,硅的物理性质和重要用途，硅酸钠的化学性质。第24页/共46页第25页/共46页 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称；硅酸盐是一类结构复杂

11、的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。1、硅酸盐第26页/共46页常见硅酸盐矿物常见硅酸盐矿物思考思考:看书学习如何将硅酸盐用氧化物的形式表示？看书学习如何将硅酸盐用氧化物的形式表示？第27页/共46页硅酸盐硅酸盐结构复杂、种类繁多，通常用结构复杂、种类繁多，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。例如：组成。例如：NaNa2 2SiOSiO3 3:Na2O SiO2 CaSiOCaSiO3 3 :Ca2O SiO2 第28页/共46页l要领：要领：各元素写成相应的氧化物，各元素写成相应的氧化物，化合价不变，元素守恒化合价不变，元素守恒l格式：金属氧化物

12、、二氧化硅、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水 (各氧化物前系数为最简整数比各氧化物前系数为最简整数比)l顺序：金属按活动顺序表顺序：金属按活动顺序表第29页/共46页用氧化物形式表示下列硅酸盐：用氧化物形式表示下列硅酸盐：1.1.蛇纹石：蛇纹石：H H4 4MgMg3 3SiSi2 2O O9 9 2.2.钙长石：钙长石：CaAlCaAl2 2SiOSiO6 6 3.3.石棉：石棉：CaMgCaMg3 3SiSi4 4O O1212 4.4.长石：长石：KAlSiKAlSi3 3O O8 85.5.普通玻璃：普通玻璃：CaNaCaNa2 2SiSi6 6O O1414 1.3MgO2SiO22

13、H2O 2.CaOAl2O3SiO2 3.CaO3MgO4SiO2 4.K2OAl2O36SiO2 5.CaONa2O6SiO2 第30页/共46页-31-三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1.1.硅酸钠硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等。制备硅胶、木材防火剂等。实验探究实验探究2 2 取两条一样的干燥布条，分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干后，分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。思考思考交流交流放入蒸馏水放入Na2

14、SiO3饱和溶液现象结论燃烧无明火，不燃烧Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂第31页/共46页-32-无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃3.硅酸盐产品硅酸盐产品交流交流研讨研讨第32页/共46页-33-硅酸盐产品简介硅酸盐产品简介硅酸盐产品水泥 陶瓷玻璃制造原料黏土、石灰石、石膏黏土、石英砂纯碱、石灰石、石英主要设备水泥回转窖玻璃窖生产条件高温煅烧高温烧结高温熔融主要成分硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙复杂，主要是硅酸盐硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅生产共同点都在高温下，发生了复杂的物理和化学变化，原料都有含硅的物质，产品都含有硅酸盐，且都是混合物。科学视野科学视野

15、第33页/共46页种种 类类特特 性性用用 途途普通玻璃普通玻璃在较高温度下易软化在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光强度大，滤光化学仪器；高压水银灯、化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等纤维、压电晶体等光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和色散性色散性眼镜片；照相机、显微眼镜片；照相机、显微镜、望远镜用凹凸透镜镜、望远镜用凹凸透镜等光学仪器等光学仪器玻璃纤维玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸电、不吸水、

16、隔热、吸声、防虫蛀声、防虫蛀太空飞行员的衣服、太空飞行员的衣服、玻璃钢等玻璃钢等钢化玻璃钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂大、质轻、抗震裂运动器材；微波通讯器材运动器材；微波通讯器材;汽车、火车窗玻璃等汽车、火车窗玻璃等几种特种玻璃几种特种玻璃第34页/共46页景德镇传统名瓷之一的粉彩瓷第35页/共46页享享有有盛盛誉誉的的中中国国古古代代陶陶瓷瓷第36页/共46页第37页/共46页-38-特殊功能含硅物质碳化硅硅钢硅橡胶分子筛性能硬度很大很高的导磁性耐高低温，弹性好均有微孔结构用途砂纸、砂轮磨料变压器铁芯做零件、绝缘材料吸附剂、催化剂科学视野科学视野第38页/共

17、46页-39-传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷科学视野科学视野第39页/共46页-40-高压钠灯透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷科学视野科学视野第40页/共46页-41-生生 物物 陶陶 瓷瓷 应应 用用科学视野科学视野第41页/共46页-42-用高温结构陶瓷做的发动机叶片用高温结构陶瓷做的发动机叶片科学视野科学视野第42页/共46页-43-4、硅单质、硅单质（1）存在：存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。硅有晶体硅和无定形

18、硅两种。（2）物理性质：物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，晶体硅的结构类似于金刚石，熔点熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。和沸点都很高，硬度大。(3)化学性质：化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下硅单质的化学性质不活泼导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。Si +O2 =SiO2交流交流研讨研讨第43页/共46页-44-(4)用途用途电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPUCPU）硅太阳能电池硅太阳能电池晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良是良好的好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料。硅是信息技术的关键材料。交流交流研讨研讨(5)(5)制法制法 SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高温高温第44页/共46页-45-小结小结硅酸盐1.表示方法：盐化学式法 盐氧化物法2.硅酸钠硅酸钠是一种无色晶体，熔点高硅酸钠易溶于水，水溶液俗称水玻璃，呈碱性Na2SiO3易吸收空气中的CO2：Na2SiO3+H2O+CO2=2NaCO3 +H2SiO3（胶体）Na2SiO3溶液（水玻璃）木材防火、黏胶剂等3.硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃4.硅 存在与状态；物理性质；化学性质 用途；用途。第45页/共46页感谢您的观看。第46页/共46页