无机非金属材料硅.pptx

1、硅元素(silicon)在地壳中的含量,氧48.6,硅26.3,铝7.73,铁4.75,钙3.45,钠2.74,钾2.47,镁2.00,氢0.16,其他1.20,硅26.3,硅的分布与存在,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上,硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在,存在：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，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素,硅的存在与分布,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

2、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,1、存在形式,晶体硅,无定形硅,一、硅单质,晶体硅和无定形硅两种同素异形体,2、物理性质,1) ,灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 (2) ,晶体硅的结构类似于金刚石 (3) ,熔点(1410)和沸点都很高，硬度大,导电性介于导体和绝缘体之间,在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应,常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和 NaOH溶液反应,Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2,Si2NaOHH2ONa2SiO32H2,SiO2 SiO2,3 、硅

3、单质的化学性质,4、硅的工业制法,粗硅,纯硅,1）反应中焦炭做（ ） A.还原剂 B.氧化剂 C.二者都不是 （2）反应 属于（ ），反应 属于（ ） A.化合反应 B.分解反应 C.氧化还原反应 D.非氧化还原反应 E.置换反应,A,AC,CE,做一做,SiO22CSi(粗)2CO,Si(粗)2Cl2SiCl4,SiCl42H2Si(纯)4HCl,根据以下反应回答下列问题,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,用途,硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点

4、很高的氧化物及硅酸盐的形式存在,二氧化硅(SiO2,二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体,硅石,硅矿山,1.二氧化硅的存在,二、二氧化硅,石英,水晶,晶体二氧化硅,紫水晶,蔷薇石英,茶晶,黄水晶,晶体二氧化硅,玛瑙,晶体二氧化硅,硅藻土 中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻

5、土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪，以第三纪为主,无定形二氧化硅,二氧化硅的用途,二氧化硅的用途,二氧化硅的用途,光导纤维,二氧化硅的用途,危害： 在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,2.二氧化硅的结构,SiO2 原子晶体,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,SiO2是由Si和O按1：2的比例组成的立体空间网状结构，没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子。 因此性质很稳定,坚硬难熔的固体， 熔沸点比较高， 不溶于水， 硬度比较大,3.二氧化硅物理性质,实验室盛装NaOH溶液

6、的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起,化学性质很不活泼，不与水反应，氢氟酸（ HF）是唯一可以与之反应的酸,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,2，化学性质,实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸,注意：玻璃中含有SiO2，所以可以用HF 来刻蚀玻璃,1）特性-与氢氟酸（HF）反应,2.酸性氧化物,化学性质,因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞,与碱性氧化物反应生成盐,与强碱反应生成盐和水,3、与盐反应,所

7、以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。,4、弱氧化性,某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物.是否正确,思考与交流,SiO2与CO2化学性质的比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+ CaO = CaSiO3,高温,酸性氧化物,与碱性氧化物反应,与碱反应,与水反应,与氢氟酸反应,Na2CO3+CO2=2NaHCO3 CaCO3 +CO2 = Ca(HCO3)2,与盐反应,我们知道二氧化碳

8、与水反应生成碳酸，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3，这是一个特例,思考：SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢,思考2,76实验观察现象并填写下表,滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成,Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl,三.硅酸 (H2SiO3,1、制备,可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应,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,1）硅酸的制备,Na2SiO3+

9、2HCl=2NaCl+H2SiO3 碳酸的酸性比硅酸的强 原理：强酸制弱酸 （2）硅酸的性质 物理性质: 白色,胶状,不溶于水的物,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,问一问,硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什 么现象？为什么,硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,CO2通入下列各溶液中，无明显现象发生的是（ ） A、氯化钙溶液 B、澄清石灰水 C、硅酸钠溶液,A,合作讨论,H2SiO3 +

10、2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,2）不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,化学性质,弱酸性.（酸性比碳酸弱） 只能与强碱发生中和反应,硅酸的用途,1、干燥剂（吸水）， 2、吸附剂（多孔）， 3、催化剂的载体,四、硅酸盐,2.性质： 硅酸盐结构复杂的固态化合物， 一般不溶于水，性质稳定,1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,3，硅酸盐的表示方法： （1）化学式法： 硅酸钠：Na2SiO3 硅酸钙：CaSiO3,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水 硅酸钠： Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙： CaSiO3 CaOSiO2 高岭石：Al2(Si2O5)

11、(OH)4 Al2O32SiO22H2O 镁橄榄石（Mg2SiO4） 2MgO SiO2,2）氧化物法,资料卡片,K(Al3Si3O10)(OH)2,4、最简单的硅酸盐-硅酸钠（Na2SiO3,硅酸钠是白色固体，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃。是制备硅胶和木材防火剂等的原料,1）、硅酸钠的物理性质,实验4-2,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后木条燃烧,放入Na2SiO3溶液,水份蒸发后 木条不燃烧,水份蒸发后 失去防火作用,防火效果好 Na2SiO3可作防火剂,实验4-2,2）、硅酸钠化学性质,硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。 水玻璃可保存玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞

12、,要用橡胶塞,3）、用途,可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的 黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂,与盐反应,与酸反应,Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,用途广泛的硅酸盐产品,五、硅酸盐工业,水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥,生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 混合物 3CaOAl2O3 水泥的性能：水泥具有水硬性,水 泥,玻璃,德国工会大厦,梦幻巴黎,柏林国会大厦,玻璃,玻璃,

13、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,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,Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成 的混合物。 或Na2OCaO6SiO2,玻璃无固定的熔沸点， 在一定温度范围内软化,玻璃的性能,陶器,瓷器,3、陶瓷,陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱,家用陶瓷,江苏宜兴， 有陶都之称,生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：陶瓷窑 生产过程：

14、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,隋带烧制的三彩陶骆驼,瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示,江西景德镇,江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。,我国素有“瓷都”之称的地方,江西景德镇所烧制的瓷器,传统无机非金属材料,陶瓷、玻璃、水泥,新型无机非金属材料,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,五、新型无机非金属材料的特性,1.能承受高温、强度高。 例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下， 仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶 片

15、、轴承、永久性模具等,2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板,3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过,处于高温下的光导纤维,F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力,4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上,人造关节,

16、硅元素,单质硅,Si + F2 Si + HF Si + NaOH,加热能与某 些非金属单 质反应（O2、Cl2,概括、整合,练习,1.下列说法正确的是( ) A.二氧化硅溶于水显酸性 B.二氧化碳通入水玻璃(Na2SiO3的水溶液)可以得到原硅酸. C.因为高温时,二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强. D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸,B,2.硅酸钠溶液俗称水玻璃,呈碱性.下列物质中,能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是( ) A.浓硫酸 B.水玻璃 C.氢氟酸 D 苛性碱,A,3.下列物质中能跟SiO2发生反应的是( ) A 盐酸 B 硝酸 C 硫酸 D 烧碱溶液,D,