非金属及其化合物-硅.ppt

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1、 非非 金金 属属及及 其其 化化 合合 物物第四章第四章第一节第一节无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量硅硅26.3%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CSi碳碳是构成有机物是构成有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素从从原子结构原子结构认识硅认识硅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

2、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。图图 4-1 4-1 硅的广泛存在硅的广泛存在结晶形（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:硅石硅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。是自然界中沙子、石英的主要成分。结结晶的晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英；天然天然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅

3、石。2 2、结构、结构 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合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原子相结合。原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中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立体网状结构构决定了决定了SiOSiO2 2具有优良具有优良的物理和化的物理和化学性质学性质物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:

4、_通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 状状 态态 气气 态态 固固 态态熔沸点熔沸点 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔点高，硬度大熔点高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化学学性性质质与与 酸酸 用用 途途人工降雨，灭火人工降雨，灭火,饮饮料等料等P75,图图45与水反应与水反应与碱性氧化物与碱性氧化物反应反应与碱反应与碱反应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+

5、H2OSiOSiO2 2 CaO=CaO=CaSiOCaSiO3 3高温高温高温高温二氧化硅和二氧化碳的性质比较二氧化硅和二氧化碳的性质比较SiOSiO2 2 4HF=4HF=SiFSiFSiFSiF4 4 4 42H2H2H2H2 2 2 2O O O O（有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃）实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiOSiO2 2反应生成反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶塞，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛部分粘结而无法打开。因此盛装装N

6、aOHNaOH溶液的试剂瓶不能用玻溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要璃塞而要用用橡胶塞橡胶塞。SiO2 2 4HF=SiF42H2O此反应常用于雕刻玻璃此反应常用于雕刻玻璃2 2、特性特性特性特性 与氢氟酸与氢氟酸与氢氟酸与氢氟酸HFHF反应反应反应反应思考思考: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能腐蚀玻璃能腐蚀玻璃.因此，盛装因此，盛装氢氟酸氢氟酸不能用玻不能用玻璃试剂瓶而要璃试剂瓶而要用用塑料瓶塑料瓶。4 4、SiOSiO2 2的用途的用途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

7、头灯手术头灯光导纤维光导纤维二、二、硅酸硅酸(H2SiO3)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；是一种种酸性酸性比碳酸比碳酸还弱还弱的酸的酸。思考思考二氧化硅难溶于水，又不与二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那水反应，那么，么，如何制得硅酸呢如何制得硅酸呢？实验实验4-1：向饱和：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色 Na2SiO3溶液呈碱性溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）（胶体）+2NaCl实验探究实验探究滴入盐酸有

8、凝胶产生滴入盐酸有凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水生成成的的硅硅酸酸逐逐渐渐聚聚合合而而形形成成硅硅酸酸溶溶胶胶（能能流流动动），当当硅硅酸酸的的浓浓度度较较大大时时，就就会会形形成成硅硅酸酸凝凝胶胶（不不能能流流动动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成，硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶硅胶。硅胶硅胶的用途：的用途：干燥剂（吸水），干燥剂（吸水），吸附剂（多孔），吸附剂（多孔），催化剂的载体。催化剂的载体。弱弱酸性。只能与酸性。只能与强碱强碱发生中和反应发生中和反应不稳定不稳定(比比H2CO3稳定稳定)，受热易分解，受热易分解 H2SiO3 =SiO2+H2OH2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+

9、2H2OH2SiO3 的化学性质向向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3此反应可以证明硅酸的酸性比碳酸弱三、单质硅三、单质硅1 1、主要物理性质、主要物理性质结构类似金刚石，结构类似金刚石，灰黑色、硬而脆灰黑色、硬而脆有金属光泽的固体熔点、沸点高硬度大有金属光泽的固体熔点、沸点高硬度大2 2、化学性质：、化学性质：不不活泼活泼(1)(1)常温下：常温下：Si+2FSi+2F2 2=SiF=SiF4 4Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H2H2 2Si+2KOH+HSi+2KOH+H2 2O=KO=K2 2SiOSiO3

10、3+2H2H2 2注：其它氧化剂，如注：其它氧化剂，如ClCl2 2、O O2 2、H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3等常温下都不与硅起反应。等常温下都不与硅起反应。(2)(2)加热时：与某些非金属反应加热时：与某些非金属反应Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 23 3、工业制粗硅：、工业制粗硅：SiOSiO2 2+2C=Si+2C=Si+2 2COCO高温高温粗硅粗硅提纯提纯 *Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl4 4、用途：、用途：高纯高纯硅：半导体材料。硅：半导体材料。合金合金

11、变压器铁芯变压器铁芯（含硅（含硅4%4%的钢有导磁性）的钢有导磁性）耐酸设备耐酸设备（含硅（含硅15%15%左右的钢有耐左右的钢有耐 酸性）酸性）电脑的中央处理器电脑的中央处理器（CPU）能溶解硅且能放出氢气的是能溶解硅且能放出氢气的是 （）A A、浓盐酸浓盐酸 B B、稀硫酸稀硫酸C C、氢氟酸氢氟酸 D D、浓烧碱浓烧碱C、D四、四、硅酸盐硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定稳定。硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。料。是由是由硅、氧硅、氧和和金属金属

12、组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。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物可防火制备木材防制备木材防火剂的原料火剂的原料用二氧化硅和金属氧化物的形式用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成表示其组成实实 例例NaNa2 2SiOSiO3 3NaNa2 2O OSiOSiO2 2阅读资料卡片阅读资料卡片:1、硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3)镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石钙

13、沸石Ca(Al2Si3O10)3H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2Ol要领：要领：两边原子个数守恒两边原子个数守恒l格式：金属氧化物、二氧化硅、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水练习：练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐石棉：石棉：CaMg3Si4O12长石：长石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃：CaNa2Si6O14黏土：黏土：Al2(Si2O5)(OH)4 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O传统无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐

14、产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃阅读教材阅读教材78-793、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生产原料：黏土生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O）生产设备：陶瓷窑生产设备：陶瓷窑生产过程：混合生产过程：混合-成型成型-干燥干燥-烧结烧结-冷却冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型绝缘、易成型陶陶 瓷瓷生产原料：纯碱、石灰石、石英生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃窑生产设备：玻璃窑反应原理：反应原理：主要成分：主要成

15、分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2高温高温SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 高温高温玻玻 璃璃 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玻璃玻璃 生产原料：石灰石、黏土生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、Al2O32SiO22H2O）生产设备：水泥回转窑生产设备：水泥回转窑主要成分：主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3水水 泥泥具有特殊功能的含具有特殊功能的含硅材料硅材料 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗称

16、俗称金刚砂金刚砂），具有金），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。轮的磨料。2、硅硅 钢钢（铁合金）（铁合金）导磁性良导磁性良好，用作好，用作变压器铁变压器铁芯芯3、硅橡胶、硅橡胶4、分子筛、分子筛ABDC1.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 2.下列叙述正确的是下列叙述正确的是()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、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