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文档简介
.,1,第一节无机非金属材料的主角硅,Si-26.30%,.,2,硅的存在与分布,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)分布:自然界中分布广泛,是构成矿物和岩石的基本元素。,图4-1硅的广泛存在,.,3,硅和碳一样,其原子既不易失去电子,也不易得到电子,所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,C,Si,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石和许多矿物的主要元素,从原子结构认识硅,.,4,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,物性:,化性:,1、灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体2、熔点高、硬度大,硅的化学性质不活泼,常温下,与氢氟酸、氟气、强碱反应。加热情况下,也能跟一些非金属(Cl2O2)反应。,一、硅单质,.,5,1、与氟气反应:,2、与氢氟酸反应:,3、与强碱溶液反应:,4、与氯气反应:,5、与氧气反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,高温,.,6,5.用途,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.,硅太阳能电池,电脑的中央处理器(CPU),.,7,纯硅的制备,课本P819T,.,8,结晶形(石英晶体)无定形硅藻土,水晶玛瑙,二、二氧化硅(SiO2),1、存在:,硅石,无色透明,彩色环带或层状,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。,.,9,每1个Si原子周围结合4个O原子,Si在中心,O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。,硅原子,二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2:1,用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。,SiO4四面体结构,立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,2、结构,.,10,物理性质:_,化学稳定性:_,通常条件下,很稳定,硬度大、熔点高、难溶于水,.,11,3、二氧化硅的化学性质(通常很不活泼),1、具有酸性氧化物的通性,(1)与强碱反应生成盐和水,(2)与碱性氧化物反应生成盐,(有粘性,其溶液俗称水玻璃),.,12,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞,NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3,使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。,原因,.,13,此反应常用于雕刻玻璃,思考:实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?,HF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。,.,14,与水反应,与碱性氧化物反应,与碱反应,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,不能反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,能与氢氟酸反应,SiO2CaO=CaSiO3,高温,二氧化硅和二氧化碳的性质比较,.,15,4、SiO2的用途,.,16,现代通信用光缆,光学纤维胃镜,用光导纤维做无开刀手术,光导纤维手术头灯,光导纤维,.,17,三、硅酸(H2SiO3),硅酸是一种白色粉末状的固体,它不溶于水;是一种弱酸,酸性比碳酸还弱,不能使指示剂变色。,.,18,思考,二氧化硅难溶于水,又不与水反应,那么,如何制得硅酸呢?,.,19,实验4-1:向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞,再滴入稀盐酸,滴入酚酞溶液呈红色,Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl,实验探究,滴入盐酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,.,20,生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶(能流动),当硅酸的浓度较大时,就会形成硅酸凝胶(不能流动),硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。硅胶的用途:干燥剂(吸水),吸附剂(多孔),催化剂的载体。,.,21,用H2CO3可制得H2SiO3,可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱。,SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3,Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3,向Na2SiO3溶液中通如CO2也可生成H2SiO3,.,22,四、硅酸盐,结构复杂,一般不溶于水,化学性质很稳定。,硅酸钠(Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,.,23,实验4-2,当水分蒸发后燃烧,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,制备木材防火剂的原料,.,24,2、硅酸盐组成表示,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,Na2OSiO2,2MgOSiO2,CaOAl2O33SiO23H2O,.,25,K(Al3Si3O10)(OH)2,.,26,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,.,27,生产原料:黏土(Al2O32SiO22H2O)生产设备:陶瓷窑生产过程:混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质:抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型,陶瓷,.,28,生产原料:纯碱、石灰石、石英(Na2CO3、CaCO3、SiO2)生产设备:玻璃窑反应原理:主要成分:Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,玻璃,.,29,有色玻璃,钢化玻璃,加入了不同的金属氧化物,普通玻璃加热接近熔化再急速冷却,玻璃,.,30,生产原料:石灰石、黏土(CaCO3、Al2O32SiO22H2O)生产设备:水泥回转窑主要成分:3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3,水泥,.,31,具有特殊功能的含硅物质,1、碳化硅(SiC俗称金刚砂),具有金刚石的结构。硬度很大,用作砂纸、砂轮的磨料。,2、硅钢(铁合金)导磁性良好,用作变压器铁芯,.,32,3、硅橡胶,4、分子筛,.,33,新型无机非金属材料:,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压
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