无机非金属材料的主角——硅课件课件.pptx

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1、1.了解二氧化硅及硅酸的性质与应用2.认识物质间既有相似性又有各自的特性重点：二氧化硅的性质和硅酸的制备难点：二氧化硅的结构学习目标：第1页/共49页第2页/共49页C、Si 的原子结构示意图。的原子结构示意图。+14+6CSil碳、硅原子既碳、硅原子既不易失去又不易得到电子不易失去又不易得到电子，主要形成，主要形成四价四价的化合物。的化合物。l非金属性：非金属性：C SiC Si第3页/共49页硅元素在地壳中的含量为硅元素在地壳中的含量为26.3%26.3%，仅次于，仅次于氧氧。硅是一种。硅是一种亲氧元素亲氧元素,在自然界没有游离态，在自然界没有游离态，只有化合态只有化合态主要主要以熔点很高

2、的氧化物（二氧化硅）和硅酸盐的形式存在。以熔点很高的氧化物（二氧化硅）和硅酸盐的形式存在。硅的硅的氧化物及硅酸盐氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的和土壤，约占地壳质量的90%90%以上。以上。第4页/共49页结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）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:硅硅石石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SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。第5页/共49页二氧化硅中没有单个分子，用二氧化硅中

3、没有单个分子，用SiOSiO2 2来表示二氧化硅的组来表示二氧化硅的组成成,表示表示SiSi与与O O的原子的原子个数比个数比为为1:21:2,所以所以不是分子式而不是分子式而是化学式。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具有优具有优良的物理性质良的物理性质一、二氧化硅一、二氧化硅2.结构结构SiOSiO2 2的晶体结构图的晶体结构图 每每1个个Si原子周围原子周围结合结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶在四个顶角。角。同时每同时每1个个O原原子周围结合子周围结合2个个Si原原子相结合。子相结合。第6页/共49

4、页一、二氧化硅一、二氧化硅用途：用途：以以SiOSiO2 2为主要成分的沙子是基本的建筑材料为主要成分的沙子是基本的建筑材料纯净的纯净的SiOSiO2 2是现代光学及光纤制品的基本原料是现代光学及光纤制品的基本原料石英和玛瑙制作饰物和工艺品石英和玛瑙制作饰物和工艺品第7页/共49页物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:_通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定熔点高、硬度大、难溶于水第8页/共49页1.玻璃中含有玻璃中含有SiO2，从物质，从物质组成和性质角度来分类，组成和性质角度来分类，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？第9页/共49

5、页3 3、二氧化硅的化学性质（、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼通常很不活泼）具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性（1）与强碱反应生成盐和水）与强碱反应生成盐和水 SiO SiO2 2 2NaOH=2NaOH=NaNa2 2SiOSiO3 3 HH2 2OO 硅酸钠硅酸钠（2）与碱性氧化物反应生成盐）与碱性氧化物反应生成盐（有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃）高温高温高温高温SiOSiO2 2 CaO CaO CaSiOCaSiO3 3SiO2+2OH=SiO3 2-+H2O第10页/共49页（2）难溶于水，不与水反应难溶于水，不与水反应4HF+SiO2=SiF4+2H2O

6、（3）SiO2的特性 与氢氟酸（HF）反应*用途：雕刻玻璃用途：雕刻玻璃第11页/共49页1.为什么在实验室中盛放为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？玻璃塞？防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘溶液反应生成粘稠的稠的NaNa2SiOSiO3 3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。第12页/共49页2.2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？HFHF能腐蚀玻璃，因此盛装氢氟酸不能用能腐蚀玻璃，因此盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。3.

7、某同学根据某同学根据SiO2既可与碱反应既可与碱反应,也能与也能与氢氢氟酸反应氟酸反应,推断推断SiO2为两性氧化物，是否正为两性氧化物，是否正确确?第13页/共49页物质物质CO2SiO2物理性质物理性质无色无味气体、熔沸无色无味气体、熔沸点低、微溶于水点低、微溶于水 固体、熔沸点高、不溶固体、熔沸点高、不溶于水于水 化化学学性性质质与水与水反应反应与酸与酸反应反应与碱与碱反应反应与碱与碱性氧性氧化物化物反应反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O CO2+Na2O=Na2CO3 SiO2+CaO Ca

8、SiO3 CO2+H2O H2CO3 二氧化二氧化碳与二氧化硅比较碳与二氧化硅比较酸性氧化物第14页/共49页思考：，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。那怎样制备H2SiO3呢？硅酸是一种怎样的物质呢？CO2+H2O H2CO3 第15页/共49页 现象现象 结论结论 反应式反应式 滴入酚酞溶液呈红色 硅酸难溶于水NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=H+2HCl=H2 2SiOSiO3 3(胶体)+2NaCl+2NaCl 制备可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应 Na2SiO3溶液呈碱性 滴入盐酸有白色胶状沉淀产生二、硅酸(H2SiO3)Na2SiO3 +CO2+H2O=

9、Na2CO3+H2SiO3(胶体胶体)实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸第16页/共49页硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶硅胶”。酸性较弱，比碳酸的酸性还弱；溶解度很小。酸性较弱，比碳酸的酸性还弱；溶解度很小。二、硅酸(H2SiO3)干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶硅胶硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的瓶装药品等的干燥剂干燥剂，也可以用作，也可以用作催化剂的载体催化剂的载体。第17页/共49页1 1、制备、制备NaNaNaNa2 2 2 2SiOSiOSi

10、OSiO3 3 3 3+2HCl=H+2HCl=H+2HCl=H+2HCl=H2 2 2 2SiOSiOSiOSiO3 3 3 3（胶体）（胶体）（胶体）（胶体）+2NaCl+2NaCl+2NaCl+2NaCl2、物理性质:白色，胶状，不溶于水的物质4、用途:可作干燥剂和催化剂的载体3、化学性质酸性比碳酸弱（2)2)不稳定性：不稳定性：H2SiO3 =SiO2 +H2O强酸制弱酸原理强酸制弱酸原理（酸性（酸性HClHHClH2 2COCO3 3HH2 2SiOSiO3 3）（1)与强碱溶液反应：H2SiO3 +2NaOH=Na2SiO3+2H2O小结小结NaNaNaNa2 2 2 2SiOSi

11、OSiOSiO3 3 3 3+CO+CO+CO+CO2 2 2 2+H+H+H+H2 2 2 2O=HO=HO=HO=H2 2 2 2SiOSiOSiOSiO3 3 3 3（胶体）（胶体）（胶体）（胶体）+2Na+2Na+2Na+2Na2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3第18页/共49页练练习习 1为确认为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的的酸性强弱，某学生设计了如图所酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目示的装置，一次实验即可达到目的的(不必选其他酸性物质不必选其他酸性物质)。请据。请据此回答：此回答：思考：直接将A中产生的二氧化碳通入到C中的硅酸钠溶中，能否

12、证明H2CO3强于强于H2SiO3？盐酸盐酸饱和饱和NaHCO3溶液溶液吸收吸收HCl气体气体Na2SiO3溶液溶液HClH2CO3H2SiO3第19页/共49页练习教材P80 1.3.4第20页/共49页三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。不溶于水，化学性质很稳定。1、含义：硅酸盐是由、含义：硅酸盐是由硅硅、氧氧和和金属金属元素组成元素组成的化合物的总称的化合物的总称 第21页/共49页 最简单的硅酸盐，可溶于水最简单的硅酸盐，可溶于水 其水溶液俗称为其水溶液俗称为水玻璃水玻璃。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不

13、能燃烧且不易受腐蚀，可用作木材可用作木材防火剂等；还可用于制备硅酸防火剂等；还可用于制备硅酸3.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后燃烧 当水分蒸发后不易燃烧当水分蒸发后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物可防火（制备木材防火剂的原料）（制备木材防火剂的原料）第22页/共49页2、硅酸盐的表示方法：、硅酸盐的表示方法：化学式法：化学式法：氧化物法：氧化物法：硅酸钠硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙硅酸钙：CaSiO3硅酸钠硅酸钠：Na2

14、O SiO2硅酸钙硅酸钙：CaO SiO2三、硅酸盐三、硅酸盐第23页/共49页硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：(1)(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和二氧化硅和氧化物的组合氧化物的组合)。氧化物的书写顺序：活泼金属氧化氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水。水。(2)(2)氧化物之间以氧化物之间以“”隔开。隔开。(3)(3)注意原子守恒注意原子守恒硅酸钠NaSiO3 石棉石棉CaMg3Si4O12 长石长石KAlSi3O8第24页/共49页无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐产产品品 陶瓷陶瓷

15、水泥水泥 玻璃玻璃四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业第25页/共49页（1 1）玻璃）玻璃 普通玻璃普通玻璃:以以纯碱纯碱(Na(Na2 2COCO3 3)、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2)为原料为原料 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：高温高温高温高温四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业第26页/共49页以黏土和石灰石为主要原料（2 2）水泥）水泥（3 3）传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷：传统硅酸盐陶瓷是以传统硅酸盐陶瓷是以黏土为原料，

16、黏土为原料，经高温烧结经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。材、卫生洁具等。第27页/共49页（4 4）具有特殊功能的含硅物质：）具有特殊功能的含硅物质：碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂俗称金刚砂），具有），具有金刚石的结构。硬度很大，用金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。作砂纸、砂轮的磨料。硅钢硅钢 （铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。第28页/共49页硅橡胶硅橡胶最好的既耐高温又耐最好的既耐高温又耐 低温的橡胶。低温的橡胶。分子筛分子筛具有均匀微孔结构的具有均

17、匀微孔结构的铝硅酸盐。铝硅酸盐。硅酸盐硅酸盐第29页/共49页t t第30页/共49页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：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等第31页/共49页新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型无机非金属材料的特征：新型无机非金属材料的特征：（1 1）耐高温、强度高；）耐高温、强度高；（2 2）具有电学性质；）具有电学性质；（3 3）具有光学性质；）具有光学性质；（4 4）具有生物功能；）具有生物功能；第32页/共49页1、硅的工

18、业制法、硅的工业制法 粗硅：粗硅：纯硅：纯硅：2C+SiO2=Si(粗粗)+2CO高温Si(粗粗)+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(纯纯)+4HCl高温五、硅单质五、硅单质第33页/共49页四、硅单质四、硅单质2、硅的种类、结构、物理性质、硅的种类、结构、物理性质单质硅有单质硅有晶体晶体和和无定形无定形两种。两种。晶体硅的结构与金刚石类似，是带有晶体硅的结构与金刚石类似，是带有金属光泽的灰黑色固体金属光泽的灰黑色固体，熔点，熔点高高、硬、硬度度大大、有脆性。、有脆性。第34页/共49页3、化学性质、化学性质四、硅单质四、硅单质 Si +O2 =SiO2Si+4HF=SiF4+2

19、H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2第35页/共49页物质物质CO2 SiO2化化学学性性质质与盐与盐反应反应与碳与碳反应反应制法制法CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 CO2+C 2CO SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 SiO2+2C Si+2CO CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2H2SiO3=SiO2+H2O 第36页/共49页4、用途、用途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,是是良好的良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硅太阳能电池硅太阳能电池利用硅的半导体性能

20、，制成光电池利用硅的半导体性能，制成光电池 ，将，将光能转化为电能。光能转化为电能。四、硅单质四、硅单质第37页/共49页电脑的中央处理器（CPU）硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。第38页/共49页第39页/共49页硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。池，制铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片第40页/共49页2 2、结构材料、结构材料高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷(人造刚玉人造

21、刚玉)：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品第41页/共49页 高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。第42页/共49页高压钠灯透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷第43页/共49页注：钠蒸气放电发光问题早在注：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由于没有一年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（种能抵御高温钠蒸气（14001400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一

22、支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。第44页/共49页用高温结构陶瓷做的发动机叶片第45页/共49页1.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是()A.Na2CO310H2O B.水泥水泥 C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.普通玻璃普通玻璃3.下列物质有固定熔点的是（）下列物质有固定熔点的是（）A.水泥水泥 B.玻璃玻璃C.Na2OSiO2 D.水玻璃水玻璃 2.下列叙述正确的是下列叙述正确的是()（双选）（双选）A.酸均不能与酸性氧化物反应酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同石灰抹墙、

23、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同ABDC第46页/共49页本节小结本节小结1、学习了非金属元素硅的重要化合物 二氧化硅和硅酸。2、学习了二氧化硅的重要 性质及硅酸的制备。第47页/共49页巩固小练：巩固小练：写出下列的化学方程式：写出下列的化学方程式：、二氧化硅和氢氟酸反应、二氧化硅和氢氟酸反应2、二氧化硅和氧化钙反应、二氧化硅和氧化钙反应3、二氧化硅和氢氧化钠溶液、二氧化硅和氢氧化钠溶液4、实验室制取硅酸、实验室制取硅酸5、二氧化碳通入氢氧化钠溶液、二氧化碳通入氢氧化钠溶液SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+CaO=高温高温=CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页