第一节 无机非金属材料主角硅

1、第四章第一节第四章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 学习目标：学习目标：1、了解硅的性质和用途、了解硅的性质和用途2、了解二氧化硅及硅酸的性质与应用、了解二氧化硅及硅酸的性质与应用3、认识物质间既有相似性，又有各自的特性、认识物质间既有相似性，又有各自的特性 重点：重点： 硅、硅、 二氧化硅的性质和硅酸的制备二氧化硅的性质和硅酸的制备难点：难点： 二氧化硅的结构二氧化硅的结构价值价值5元的沙子元的沙子SiO2Si点沙成金价值价值5000元的芯片元的芯片美国的硅谷美国的硅谷“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸美国电子和计算机工业中心

2、，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里的长条形地带上。由于它集中了全世界里的长条形地带上。由于它集中了全世界0 0以上的著名半导体公司，而半导体的基本元以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为件是硅片，所以该地区被称为“硅谷硅谷”。 硅谷 silicon valley无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅（第一课时）（第一课时）地球生物生存的根基地球生物生存的根基空气、水、阳光、空气、水、阳光、 硅酸盐硅酸盐说文解字说文解字硅硅广泛存在于岩石

3、、土壤、沙子中，是硅广泛存在于岩石、土壤、沙子中，是构成地壳的重要元素构成地壳的重要元素秦砖汉瓦秦砖汉瓦秦始皇陵兵马俑秦始皇陵兵马俑瓷器是中国最伟大的创造之一瓷器是中国最伟大的创造之一美丽的玻璃雕花艺术美丽的玻璃雕花艺术现代建筑离现代建筑离不开玻璃的不开玻璃的装饰和采光装饰和采光东方明珠东方明珠为什么是主角呢？为什么是主角呢？含量高，仅次于氧含量高，仅次于氧 用途广泛用途广泛核心元素？硅硅“豪门二杰豪门二杰”C、Si 的原子结构示意图。的原子结构示意图。+14+6CSil 硅原子既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碳和硅都是碳

4、和硅都是亲氧元素亲氧元素, ,但是但是硅的亲氧能力更强硅的亲氧能力更强l 存在：没有游离态，存在：没有游离态，只有化合态只有化合态二氧化硅、二氧化硅、硅酸盐。硅酸盐。1 1、硅的工业制法、硅的工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温一、硅单质一、硅单质Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4太阳能电池大规模集成电路硅的用途非常广泛，可用来制造集硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器

5、等半导成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片 在美国旧金山，有个最大的高在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为科技工业园区，称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。起着非常重要作用。以硅为基础而以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅矿山二、二氧化硅

6、和硅酸二、二氧化硅和硅酸结晶形（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 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。天天然然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅石；结晶的结晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英。固体固体熔点高熔点高难溶于水难溶于水硬度大硬度大联想联想-沙子沙子二氧化硅具有哪些物理性质二氧化硅具有哪些物理性质? ? SiOSiO2 2的这些性的这些性质是由什么决定的？质是由什么决定的？2 2、物理性质、物理性质二氧化碳

7、二氧化碳COCO2 2 二氧化硅二氧化硅SiOSiO2 2状状 态态硬硬 度度水溶性水溶性熔沸点熔沸点气气 态态固态固态很小很小很大很大可溶于水可溶于水难溶于水难溶于水很很 低低很很 高高物理性质物理性质: :（与（与COCO2 2 作比较）作比较）思考交流：为什么思考交流：为什么SiO2和和CO2的物理的物理性质差异很大？性质差异很大？二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性质 熔沸点高、硬度大 熔沸点低硬度小与水反应 不反应CO2+H2O=H2CO3与碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O与碱性氧化物反应SiO2+CaO= Ca SiO

8、3CO2+Na2O= Na2CO3与酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反应与碳反应SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO高温高温高温高温高温高温硅原子硅原子 二氧化硅中没有单个分子，用二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成来表示二氧化硅的组成, 表示表示Si与与O的原子的原子个数比个数比为为1:2,所以不是分子式而是所以不是分子式而是化学式化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结立体网状结构决定了构决定了SiOSiO2 2具有优具有优良的物理和良的物理和化学性质化学性质3 3、结构、结构思考思考：为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸：为什么不能

9、用玻璃瓶保存氢氟酸? ? 那用什么瓶保存那用什么瓶保存? ?为什么能用氢氟酸来刻为什么能用氢氟酸来刻蚀玻璃？蚀玻璃？原因：原因：玻璃中含有玻璃中含有SiO2会与会与HF反应生成反应生成SiF4 用用塑料瓶塑料瓶盛装氢氟酸。盛装氢氟酸。SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O用氢氟酸用氢氟酸“刻刻”出的玻璃工艺品出的玻璃工艺品在玻璃表面涂上一层石蜡在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡洗掉酸并去掉石蜡 思考：思考： 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡橡皮塞皮塞而不用玻璃塞，你知而不

10、用玻璃塞，你知道为什么吗？道为什么吗？ 原因：原因： 防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2与与NaOH溶液溶液反应生成粘稠的反应生成粘稠的Na2SiO3 ，使瓶塞和瓶口，使瓶塞和瓶口粘在一起粘在一起 （ SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O ） 加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ）A.石英坩埚石英坩埚 B.普通玻璃坩埚普通玻璃坩埚 C.铁坩埚铁坩埚 D.氧化铝坩埚氧化铝坩埚C解释：石英坩埚、玻璃坩埚中均含有解释：石英坩埚、玻璃坩埚中均含有SiOSiO2 2，在加，在加热的情况下会与热的情况下会与NaOHNaOH发生反应：发生反应：SiOSiO2 22Na

11、OH 2NaOH NaNa2 2SiOSiO3 3H H2 2O O，因此应当选用铁坩埚。，因此应当选用铁坩埚。 5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途二氧化硅二氧化硅石英玻璃石英玻璃玛瑙首饰玛瑙首饰石英手表石英手表石英钟石英钟高级工艺品高级工艺品眼镜眼镜精密仪器轴承精密仪器轴承光导纤维光导纤维玛瑙玛瑙思考：思考： 硅酸是一种怎样的物质呢硅酸是一种怎样的物质呢？硅酸凝胶经干燥脱水就形硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为成干胶，称为“硅胶硅胶”。、 干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶（1） Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 （2） H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO

12、3H2SiO3=H2O+SiO2加热加热Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）(SiO2） 制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “硅胶硅胶” 用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。1、下列各组物质有关性质关系、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（的比较，正确的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D

13、.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来不能用玻璃瓶来盛装的是（盛装的是（ ）A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸钠溶液碳酸钠溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO杂质，杂质，最适宜的试剂是（最适宜的试剂是（ ）A.纯碱溶液纯碱溶液 B 盐酸盐酸 C 硫酸硫酸 D 苛性钠溶液苛性钠溶液B第一课时结束第一课时结束 谢谢谢谢四、硅酸盐四、硅酸盐 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：Na2O SiO2硅酸钙硅

14、酸钙： CaO SiO2高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土：粘土： Al2O3 2SiO2 2H2O硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，关于硅酸盐说明：关于硅酸盐说明：1.1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.2.硅酸钠是常

15、见的可溶性硅酸盐之一，俗硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称称泡花碱泡花碱；它的水溶液俗称；它的水溶液俗称水玻璃水玻璃，是一，是一种粘合剂；种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：硅酸和二氧化硅的制备： 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡胶塞要用橡胶塞 较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2

16、常温分解受热分解四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业 水泥是一种非常重要的建筑材料。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。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。生产过程：黏土和石灰石两磨、一烧。研磨煅烧再磨成细粉；硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2) 混合物铝酸三钙(3CaOAl2O3)水泥的生产原料：普通硅酸盐水泥的成分：1 、水泥 水泥的性能：水泥的性能： 水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合水泥、沙子和水的混合物物建筑黏合剂。建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：混凝土：水泥砂浆：水泥砂浆：2、玻璃：生产过

17、程： 纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高温 高温 玻璃的生产原料：普通玻璃的成分：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：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。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

18、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：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、超导陶瓷等新型无机非金属材料：1、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质； （3）具有光学性质； （4）具有生物功能；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( (人造刚玉人造刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝

19、陶瓷制品 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。透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷注：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年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。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( )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ABDC小结：小