硅__无机非金属材料复习课件.ppt

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1、1.1.硅元素硅元素(1)(1)存在存在硅元素在地壳中的含量居第硅元素在地壳中的含量居第 位，且自然界中没有位，且自然界中没有 态的硅，常见的化合态的硅有态的硅，常见的化合态的硅有 和硅酸和硅酸盐等。盐等。（2 2）硅在周期表中的位置）硅在周期表中的位置硅元素位于周期表的硅元素位于周期表的 ，其原子结构，其原子结构示意图为示意图为 。二二游离游离二氧化硅二氧化硅第第3 3周期周期A A族族2.2.单质硅单质硅单质硅有单质硅有 和和 （非晶体硅）两种（非晶体硅）两种 ，其晶体结构与，其晶体结构与 类似。类似。（1 1）物理性质）物理性质晶体硅是晶体硅是 色的固体，有金属光泽，硬度色的固体，有金属

2、光泽，硬度 ，熔，熔点和沸点点和沸点 ，导电性介于，导电性介于 和和 之间。之间。（2 2）化学性质）化学性质在常温下只与在常温下只与F F2 2、HFHF和强碱溶液反应，相关化学和强碱溶液反应，相关化学方程式分别为：方程式分别为：；。晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅同素同素异形体异形体金刚石金刚石灰黑灰黑导体导体绝缘体绝缘体Si+2FSi+2F2 2 SiFSiF4 4Si+4HF SiFSi+4HF SiF4 4+2H+2H2 2高高大大Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 在加热时能与在加热时能与O O2 2和和ClCl2 2等非金属单质反应，其化学反等非金属单质反应，其化学反应

3、方程式分别为：应方程式分别为：；。（3 3）工业制法）工业制法用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为：化学方程式为：。（4 4）用途）用途作为作为 材料。材料。生产硅合金。生产硅合金。Si+OSi+O2 2 SiOSiO2 2Si+2ClSi+2Cl2 2 SiClSiCl4 4SiOSiO2 2+2C Si+2CO+2C Si+2CO半导体半导体1.1.二氧化硅二氧化硅（1 1）自然界中的存在）自然界中的存在沙子和石英的主要成分是沙子和石英的主要成分是 ，透明的石英晶，透明的石英晶体即体即 ，它是，它是 （写化学式）晶体，有很高（

4、写化学式）晶体，有很高的的 和很大的和很大的 。（2 2）二氧化硅的化学性质）二氧化硅的化学性质二氧化硅是一种二氧化硅是一种 氧化物，能与碱、碱性氧化物氧化物，能与碱、碱性氧化物及部分盐反应：及部分盐反应：与烧碱溶液反应的化学方程式为：与烧碱溶液反应的化学方程式为：；二氧化硅二氧化硅水晶水晶SiOSiO2 2熔点熔点硬度硬度SiOSiO2 2+2NaOH Na+2NaOH Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O酸性酸性高温时与氧化钙反应的化学方程式为：高温时与氧化钙反应的化学方程式为：；与碳酸盐（如与碳酸盐（如NaNa2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3等）反应的化学方等）反

5、应的化学方程式为：程式为：；。（3 3）其他性质）其他性质常温下可与氢氟酸反应，化学方程式为：常温下可与氢氟酸反应，化学方程式为：；CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 2SiOSiO2 2+4HF SiF+4HF SiF4 4+2H+2H2 2O O高温下与碳等还原性物质反应生成高温下与碳等还原性物质反应生成SiSi或或SiCSiC等，其等，其反应的化学方程式分别为：反应的化学方程

6、式分别为：；。（4 4）用途）用途 用于建筑，石英用于制造用于建筑，石英用于制造 ,纯纯SiOSiO2 2用于制用于制造造 、和和 等。等。SiOSiO2 2+2C Si+2CO+2C Si+2COSiOSiO2 2+3C SiC+2CO+3C SiC+2CO沙子沙子玻璃玻璃电子部件电子部件光学器材光学器材光导纤维光导纤维2.2.光导纤维光导纤维（1 1）主要成分：）主要成分：。（2 2）用途：用于）用途：用于 等方面。等方面。（3 3）优点：）优点：等。等。SiOSiO2 2通讯、能量传输、信息处理、遥通讯、能量传输、信息处理、遥测遥控、医疗器械制造测遥控、医疗器械制造耐腐蚀、传送量大、损耗

7、少、抗干扰耐腐蚀、传送量大、损耗少、抗干扰1.1.硅酸硅酸（1 1）硅酸的性质）硅酸的性质 硅酸硅酸 溶于水，其酸性比碳酸溶于水，其酸性比碳酸 ，硅酸，硅酸 (填填 “能能”或或“不能不能”)使紫色石蕊试液变红色。使紫色石蕊试液变红色。（2 2）硅酸的化学性质）硅酸的化学性质 硅酸不稳定硅酸不稳定,受热易分解受热易分解:。硅酸能与碱溶液反应，如与硅酸能与碱溶液反应，如与NaOHNaOH溶液反应的化溶液反应的化 学方程式为：学方程式为：。硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能 力强，常用作力强，常用作 。不不弱弱不能不能H H2 2SiOSiO3 3 S

8、iO SiO2 2+H+H2 2O OH H2 2SiOSiO3 3+2NaOH Na+2NaOH Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O O干燥剂干燥剂2.2.硅酸钠硅酸钠（1 1）物理性质）物理性质 白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性。，有黏性。（2 2）化学性质）化学性质 水解显水解显 性。性。与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与盐酸反应：与盐酸反应：。与与COCO2 2水溶液反应：水溶液反应：（3 3）用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。）用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻

9、燃材料。水玻璃水玻璃碱碱NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl 2NaCl+H+2HCl 2NaCl+H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O OH H2 2SiOSiO3 3+Na+Na2 2COCO3 33.3.硅酸盐硅酸盐（1 1）概念：）概念：的的 总称，是构成地壳岩石的主要成分。总称，是构成地壳岩石的主要成分。（2 2）表示方法）表示方法 硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示 它们的组成，如硅酸钠（它们的组成，如硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）写成）写成 ,钾云母（钾云母

10、（KHKH2 2AlAl3 3SiSi3 3O O1212）写成）写成 。由硅、氧和金属元素组成的化合物由硅、氧和金属元素组成的化合物NaNa2 2O OSiOSiO2 2K K2 2O O3Al3Al2 2O O3 36SiO6SiO2 22H2H2 2O O4.4.传统无机非金属材料传统无机非金属材料（1 1）普通玻璃）普通玻璃 主要原料：主要原料：。生产中主要化学方程式为生产中主要化学方程式为 。主要成分：主要成分：、。纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英NaNa2 2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 3SiOSiO2 2NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 Na

11、Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 CO CO2 2CaSiOCaSiO3 3+（2 2）普通硅酸盐水泥）普通硅酸盐水泥主要原料：主要原料：、。主要成分（写出名称和化学式）：主要成分（写出名称和化学式）：。主要性能：主要性能：。石灰石石灰石黏土黏土硅酸三钙硅酸三钙(3CaO(3CaOSiOSiO2 2)、硅酸二钙、硅酸二钙(2CaO(2CaOSiOSiO2 2)、铝酸三钙铝酸三钙(3CaO(3CaOAlAl2 2O O3 3)水硬性水硬性5.5.新型无机非金属材料新型无机非金属材料（1 1）高温结构陶瓷）高温结构陶瓷如如氮氮化化硅硅陶陶

12、瓷瓷具具有有较较高高的的 和和 性性，较较强强的的 性和性和 缘性等。缘性等。（2 2）生物陶瓷）生物陶瓷对对机机体体 ，不不会会引引起起 。（3 3）压电陶瓷：具有）压电陶瓷：具有 效应。效应。硬度硬度耐磨耐磨抗化学侵蚀抗化学侵蚀电绝电绝无排异反应无排异反应代谢作用异常代谢作用异常压电压电要点一要点一 碳、硅及其化合物的特性及应用碳、硅及其化合物的特性及应用1.1.碳、硅元素单质及其化合物的特性碳、硅元素单质及其化合物的特性 （1 1）一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬）一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬 度小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中度小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大

13、，其中 金刚石为硬度最大的物质。金刚石为硬度最大的物质。（2 2）一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅）一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅 为半导体，石墨为电的良导体。为半导体，石墨为电的良导体。（3 3）一般情况，较强氧化剂）一般情况，较强氧化剂+较强还原剂较强还原剂 较弱氧化剂较弱氧化剂+较弱还原剂，而碳却还原出比它更较弱还原剂，而碳却还原出比它更 强的还原剂：强的还原剂：SiOSiO2 2+2C Si+2CO,FeO+C+2C Si+2CO,FeO+C Fe+COFe+CO。要点精讲要点精讲（4 4）非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化）非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化 剂

14、又作还原剂，而剂又作还原剂，而SiSi与碱溶液反应却只作还原剂。与碱溶液反应却只作还原剂。Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O NaO Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2。（5 5）一般情况，较活泼金属）一般情况，较活泼金属+酸酸 盐盐+氢气，氢气，然而然而SiSi是非金属，却能与氢氟酸发生反应：是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si+4HF SiFSi+4HF SiF4 4+2H+2H2 2。（6 6）一般情况，碱性氧化物）一般情况，碱性氧化物+酸酸 盐盐+水，水，SiOSiO2 2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiOSiO2 2+4HF

15、SiF+4HF SiF4 4+2H+2H2 2O(SiFO(SiF4 4也不属于盐也不属于盐)。（7 7）无机酸一般能溶于水，而）无机酸一般能溶于水，而H H2 2SiOSiO3 3及及H H4 4SiOSiO4 4却却难溶于水。难溶于水。（8 8）H H2 2COCO3 3的酸性大于的酸性大于H H2 2SiOSiO3 3，所以有，所以有NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O HO H2 2SiOSiO3 3+Na+Na2 2COCO3 3,但但高温下：高温下：NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 Na Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2

16、也能也能发生（发生（COCO2 2离开反应体系）。离开反应体系）。（9 9）一般情况，非常活泼金属（）一般情况，非常活泼金属（NaNa、K K等）才能够等）才能够置换出水中的氢，但置换出水中的氢，但C+HC+H2 2O O（g g）CO+HCO+H2 2。（1010）一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应）一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如的酸，如COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3，但，但SiOSiO2 2不溶于不溶于水，不与水反应。水，不与水反应。2.2.硅与铝的相似性及区别硅与铝的相似性及区别（1 1）与强碱溶液反应时相似）与强碱溶液反应时相似 SiS

17、i、AlAl均与均与NaOHNaOH溶液反应生成盐和溶液反应生成盐和H H2 2。SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、H H2 2SiOSiO3 3、Al(OH)Al(OH)3 3均均 与与NaOHNaOH溶液反应生成盐和水。溶液反应生成盐和水。NaNa2 2SiOSiO3 3、NaAl(OH)NaAl(OH)4 4 溶液通入过量溶液通入过量COCO2 2均生成白均生成白 色沉淀。色沉淀。（2 2）区别）区别 除氢氟酸外，除氢氟酸外，SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3不与其它酸反应。不与其它酸反应。AlAl2 2O O3 3、Al(OH)Al(OH)3 3

18、属两性化合物。属两性化合物。NaNa2 2SiOSiO3 3溶液、溶液、NaAl(OH)NaAl(OH)4 4 溶液与过量盐酸反应溶液与过量盐酸反应 时时 现象不同。现象不同。要点二要点二 无机非金属材料的使用无机非金属材料的使用 无无机机非非金金属属材材料料 传统无机传统无机非金属材料非金属材料 玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷 有抗腐蚀性、耐高温的优有抗腐蚀性、耐高温的优点，但质脆，经不起热冲击点，但质脆，经不起热冲击新型无机新型无机非金属材料非金属材料 高温陶瓷高温陶瓷光导纤维光导纤维压电陶瓷压电陶瓷生物陶瓷生物陶瓷 能承受高温，强度高，有电学能承受高温，强度高，有电学特性、光学特性和生物特性特性、光学特性和生物特性