确认非金属材料的主角-硅

1、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 美美国的硅谷国的硅谷“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉岸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，拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里的长条形地带上。由于它集中宽公里的长条形地带上。由于它集中了全世界了全世界0 0以上的著名半导体公司，而以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，且该地区为硅半导体的基本元件是硅片，且该地区为硅片的生产基地，故被称为片的生产基地，故被称为“硅谷硅谷”

2、。 硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley分析：分析： 最外层电子数一样，均既不易失电子，又不易最外层电子数一样，均既不易失电子，又不易得电子，化学性质相似，主要形成四价的化合物。得电子，化学性质相似，主要形成四价的化合物。硅元素硅元素（Si）硅在自然界的存在形态：硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态，没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石、土壤和矿物中。石、土壤和矿物中。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳大部分硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的

3、90%90%以上。以上。 碳原子与硅原子原子结构最外层碳原子与硅原子原子结构最外层电子相同，化学性质相似，可是硅电子相同，化学性质相似，可是硅却能大量存在于地壳中，而碳元素却能大量存在于地壳中，而碳元素却能进入有机化合物的世界却能进入有机化合物的世界？阅读阅读: :课本课本P741、存存 在在硅石硅石（天然天然SiO2，12%）结晶形：石英结晶形：石英无定形无定形水晶水晶玛瑙玛瑙阅读课本阅读课本P7475一、二氧化硅一、二氧化硅2、用用 途途硅藻土硅藻土石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的色透明的晶体就是通常所说的水晶水晶玛瑙玛瑙具有彩

4、色环状或层状的石英称为玛瑙。具有彩色环状或层状的石英称为玛瑙。沙子沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是要成分就是SiO2由于由于SiO2具有优良的物理、化学性能，且具有优良的物理、化学性能，且SiO2在自然在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。光纤光纤3、物理性质物理性质物质物质SiO2CO2状态（常温状态（常温）气体气体熔点熔点-56.6 沸点沸点-78.5-78.5 溶解性溶解性1：1硬度硬度固体固体16102230不溶不溶很大很大为何两者物理性质差异大？为何两者物理性质差异大？SiOSi，5

5、 5、化学性质（教材、化学性质（教材P76) )SiO2 + CaO = CaSiO3 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O与强碱生成硅酸盐和水与强碱生成硅酸盐和水 SiO2 + Ca（OH）2 = CaSiO3 + H2O4HF+SiO2=SiF4+2H2O 2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二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 主要存在主要存在环境及构环境及构成成物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与碱与碱与碱与碱性氧性氧化物化物与酸与酸 用

6、用 途途二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质比较二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质比较 （优化（优化P78)熔沸点低熔沸点高、硬度大熔沸点高、硬度大CO2+H2O=H2CO3不溶解、不反应不溶解、不反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O = CO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3高温高温不反应不反应人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤等装饰、石英坩埚、光纤等1、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含SiO2）？）？防止磨口玻璃塞中的防止磨口玻璃塞中的SiO2与与NaOH

7、溶液反应溶液反应生成粘稠的生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一，使瓶塞和瓶口粘在一起。起。用塑料瓶保存氢氟酸用塑料瓶保存氢氟酸2、实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？不可以不可以4HF+SiO2=SiF4+2H2O SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O随堂练习随堂练习二二. .硅酸硅酸( (H2SiO3) )1 1、物理性质物理性质：阅读教材阅读教材P76难溶于水难溶于水2 2、化学性质化学性质：弱酸性弱酸性（酸性弱于碳酸）（酸性弱于碳酸）3 3、制备制备：实验实验4-1：可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应H2SiO3+2NaOH=Na2

8、SiO3+2H2O整理现象整理现象（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 当滴入酚酞溶液呈红色；当滴入酚酞溶液呈红色；Na2SiO3溶液溶液呈碱性呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl先有白色胶状物产生，后聚集为白色先有白色胶状物产生，后聚集为白色凝胶凝胶硅酸难溶于水硅酸难溶于水SiO32-+2H+ = H2SiO3 滴入盐酸时，红色变浅直至无色滴入盐酸时，红色变浅直至无色（2）把稀硫酸加入到把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液溶液中，会有中，会有什么现象？什么现象？现现 象象结结 论论方程式方

9、程式滴入硫酸有白色胶状物产生滴入硫酸有白色胶状物产生硅酸难溶于水（白色胶状沉淀）硅酸难溶于水（白色胶状沉淀）Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4SiO32-+2H+ = H2SiO3 （3）把把二氧化碳通入到二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中溶液中Na2SiO3+ CO2+H2O= H2SiO3 +Na2CO3SiO32-+ CO2+H2O= H2SiO3 +CO32-不溶于水、极弱酸不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）酸性比碳酸还弱）制法：制法：SiO32- + 2H+= H2SiO3SiO32- + H2O +CO2 =H2SiO3+ CO32-H2SiO3+2NaO

10、H=Na2SiO3+H2O小结：硅酸性质小结：硅酸性质受热脱水，不稳定：受热脱水，不稳定：H2SiO3=SiO2+H2O酸酐酸酐不能用其酸酐与水反应制得不能用其酸酐与水反应制得可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水最终形成硅酸干胶，干燥脱水最终形成硅酸干胶，称为称为“硅硅胶胶”。常常用做干燥剂。常常用做干燥剂。用途用途蓝色-紫色-紫红色-浅红色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、硅酸钠：最简单的硅酸盐。又叫泡花碱、硅酸钠：最简单的硅酸盐。又叫泡花碱,水溶液俗称水溶液俗称“水

11、玻璃水玻璃”。还可以制备硅胶、制肥皂的填料、黏合剂还可以制备硅胶、制肥皂的填料、黏合剂Na2OSiO2 CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2 Na2OCaO6SiO2活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O 无机无机非金属材料非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃3. 硅酸盐产品硅酸盐产品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、高温结构陶瓷、压电陶瓷压电陶瓷透明陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等超导陶瓷等高温结构陶瓷的应用高温结构陶瓷的

12、应用两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚哥伦比亚”号返航时在空中解体。号返航时在空中解体。航天飞机的航天飞机的“防火衣防火衣”防热瓦防热瓦l所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小大，当金属的温度降低时，它的电阻减小,当温度当温度降到降到-269（液氮温度，为（液氮温度，为4K）左右时，水银的）左右时，水银的电阻变为零，完全抗磁性，这种现象叫超导现电阻变为零，完全抗磁性，这种现象叫超导现象象l我国研制的超导陶瓷

13、的临界温度为我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处于世，处于世界领先水平。界领先水平。 l这种陶瓷强度大这种陶瓷强度大, ,韧性好韧性好, ,与人体亲和与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。要移植材料。l在这一领域我国处于世界领先水平在这一领域我国处于世界领先水平。玻璃刀玻璃刀玻璃刀轮片玻璃刀轮片红宝石为轴的雷达表红宝石为轴的雷达表人造金刚石锯片人造金刚石锯片硅单质（硅单质（教材教材P79）硅有晶体硅和无定形硅两种。晶硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。而脆的固体。晶体硅的结构类似于金

14、刚石，熔晶体硅的结构类似于金刚石，熔点点(1410)(1410)和沸点都很高，硬度大。和沸点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间导电性介于导体和绝缘体之间。良半导体良半导体常温下硅单质的化学性质不活泼常温下硅单质的化学性质不活泼,一般不与其他一般不与其他物质反应物质反应( (除氢氟酸、氟气、强碱除氢氟酸、氟气、强碱外）外）物理性质物理性质(1)(1)常温下：常温下： Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2注：注：与酸（除与酸（除HF）不反应，其它氧化剂，）不反应，其它氧化剂，如如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不等常温下都不与硅起反应

15、。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+O2=SiO2 Si+2F2=SiF4半导体晶体管及芯半导体晶体管及芯片的出现片的出现, ,促进了促进了信息技术革命信息技术革命. .集成电路集成电路太阳能电池太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）晶体硅是良好的晶体硅是良好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的硅是信息技术的关键材料制光电池关键材料制光电池1、制粗硅制粗硅SiO2+2C=Si（粗）（粗）+2CO2、粗硅提纯粗硅提纯Si（粗粗）+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si （高纯高纯）+4HCl高温高温高温高温高温高温小小 结：结

16、：1.1.无机非无机非 金属材料金属材料传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料2.2.Na2SiO3的性质和用途的性质和用途3.3.单质硅的性质和用途单质硅的性质和用途 易溶于水，水溶液俗称水玻璃；用易溶于水，水溶液俗称水玻璃；用于制备硅胶、防火剂于制备硅胶、防火剂 熔点高、硬度大，脆、常温不活泼，熔点高、硬度大，脆、常温不活泼，良半导体（制硅芯片、太阳能电池板）良半导体（制硅芯片、太阳能电池板）2要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是杂质，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B1. 将将过量过量的的CO2分别通入分别通入： CaCl2溶液；溶液； Na2SiO3溶液溶液； Ca(OH)2溶液；溶液； 饱和饱和Na2CO3溶液溶液。最终溶液中有白色沉淀析出最终溶液中有白色沉淀析出的是的是 ( ) A B C DB3下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是 ASiO2 +2C=Si+2CO BSiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2O CSiO2 +4HF=SiF4+2H2O DSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO24下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的