c無機非金屬材料的主角-硅PPT課件

1、第一節(jié)無機非金屬材料的主角第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅硅Si-26.30%硅的存在與分布硅的存在與分布存在：硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以存在：硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以氧化物和硅酸鹽的形式存在）氧化物和硅酸鹽的形式存在）分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。元素。圖圖 4-1 4-1 硅的廣泛存在硅的廣泛存在硅和碳硅和碳一樣一樣, ,其原子其原子既不易失去電子，也不易得到電既不易失去電子，也不易得到電子，子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑, ,主要形成主要形成四價化合物四價化合物CSi碳碳是構(gòu)成

2、有機物是構(gòu)成有機物的主要元素的主要元素硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素多礦物的主要元素從從原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)認識硅認識硅硅有硅有晶體硅晶體硅和和無定形硅無定形硅兩種同素異形體兩種同素異形體1 1、灰黑色，有金屬光澤，硬而、灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體脆的固體2 2、熔點高、硬度大熔點高、硬度大硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑不活潑，常溫下，與常溫下，與氫氟酸、氟氣、強堿氫氟酸、氟氣、強堿反應(yīng)。反應(yīng)。加熱情況下，也能跟一些非金屬加熱情況下，也能跟一些非金屬(Cl2 O2)反應(yīng)。反應(yīng)。一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)1 1、與氟氣反應(yīng)：、與氟氣反應(yīng)：2 2、與氫氟酸反應(yīng)：、與氫氟酸反應(yīng)：3

3、3、與強堿溶液反應(yīng)：、與強堿溶液反應(yīng)：4 4、與氯氣反應(yīng)：、與氯氣反應(yīng)：5 5、與氧氣反應(yīng)、與氧氣反應(yīng)Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2高溫高溫5.5.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間, ,是良好的是良好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料鍵材料. .硅太陽能電池硅太陽能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）純硅的制備純硅的制備課本課本P81 9T結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無定形無定形硅

4、藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙二、二、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅石硅石無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇iO2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。結(jié)結(jié)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石。 每每1個個Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合4個個O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個頂角。在四個頂角。 同時每同時每1個個O原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合2個個Si原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。 硅原子硅原子二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1，用，用SiO2來表示來

5、表示二氧化硅的組成二氧化硅的組成,表示表示O與與Si的原子個數(shù)比的原子個數(shù)比,不是分子式是化學(xué)式。不是分子式是化學(xué)式。SiOSiO4 4 四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了構(gòu)決定了SiOSiO2 2具有優(yōu)具有優(yōu)良的物理和良的物理和化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)2 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)物理性質(zhì):_化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性:_通常條件下，很穩(wěn)定通常條件下，很穩(wěn)定硬度大、熔點高、難溶于水硬度大、熔點高、難溶于水3 3、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（通常很不活潑通常很不活潑）1、具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性（1）與強堿反應(yīng)生成鹽和水）與強堿反應(yīng)生成鹽和水（2）與堿性氧化物反應(yīng)生成

6、鹽）與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽（有粘性，其溶液俗稱水玻璃有粘性，其溶液俗稱水玻璃）實驗室盛裝實驗室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞瓶用橡膠塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiOSiO2 2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝此盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶不溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。能用玻璃塞而要用橡膠塞。SiF42H2O此反應(yīng)常用于雕刻玻璃此反應(yīng)常用于雕刻玻璃思考思考: :實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？ H

7、FHF能腐蝕玻璃能腐蝕玻璃. .因此，盛裝因此，盛裝氫氟酸氫氟酸不能用玻不能用玻璃試劑瓶而要用璃試劑瓶而要用塑料瓶塑料瓶。 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 狀狀 態(tài)態(tài) 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài)熔沸點熔沸點 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔點高，硬度大熔點高，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學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與與 酸酸 用用 途途人工降雨，滅火人工降雨，滅火,飲料等飲料等P75, 圖圖45與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)

8、不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能與氫氟酸反應(yīng)能與氫氟酸反應(yīng)二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較4 4、SiOSiO2 2的用途的用途現(xiàn)代通信用現(xiàn)代通信用光纜光纜光學(xué)纖維光學(xué)纖維胃鏡胃鏡用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做無開刀手術(shù)無開刀手術(shù)光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維三、硅酸三、硅酸( (H2SiO3 ) ) 硅酸是一種硅酸是一種白色粉末狀白色粉末狀的的固體固體，它，它不溶于水不溶于水；是一種；是一種弱酸弱酸，酸性比碳酸性比碳酸還弱，酸還弱，不能使指示劑變色。不能使指示劑變色。 思考思考二氧化硅難溶于水，又不二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)，那與

9、水反應(yīng)，那么，么，如何制得硅如何制得硅酸呢？酸呢？實驗實驗4-1：向飽和：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸再滴入稀鹽酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論方程式方程式滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈紅色紅色 Na2SiO3溶液呈堿性溶液呈堿性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （膠體）（膠體）+2NaCl實驗探究實驗探究滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水硅酸難溶于水生成的硅酸逐漸聚合而形成成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠硅酸溶膠（能流動）（能流動），當硅酸的濃度較大時，就會形成當硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸凝膠硅酸凝膠（不能流（不能流動）動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥

10、脫水就形成，硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠硅膠。硅膠硅膠的用途：的用途：干燥劑（吸水），干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），吸附劑（多孔），催化劑的載體。催化劑的載體。用用HH2 2COCO3 3可制得可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可證明，可證明HH2 2SiOSiO3 3 的酸性比的酸性比HH2 2COCO3 3弱。弱。SiOSiO3 32- 2- + H+ H2 2O + COO + CO2 2= CO= CO3 32- 2- + H+ H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O + COO + CO2 2 = Na= Na2 2COCO3 3

11、+ H+ H2 2SiOSiO3 3 向向Na2SiO3溶液中通如溶液中通如CO2也可生成也可生成H2SiO3四、四、硅酸鹽硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定穩(wěn)定。硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱水其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。料。是由是由硅、氧硅、氧和和金屬金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。實驗實驗4-24-2放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶飽和溶液液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當水分蒸當水分蒸發(fā)后燃燒發(fā)后燃燒當水分蒸發(fā)后當水分蒸發(fā)后不易燃燒不易燃燒用水玻璃浸泡過

12、的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防制備木材防火劑的原料火劑的原料2、硅酸鹽組成表示、硅酸鹽組成表示硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)無機非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃閱讀教材閱讀教材78-793、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷

13、陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生產(chǎn)原料：黏土生產(chǎn)原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)過程：混合生產(chǎn)過程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -燒結(jié)燒結(jié)- -冷卻冷卻主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型絕緣、易成型陶陶 瓷瓷生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生產(chǎn)設(shè)備：玻璃窯生產(chǎn)設(shè)備：玻璃窯反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2高溫高溫SiO2 + N

14、a2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫高溫玻玻 璃璃 加入了不同的金屬氧化物加入了不同的金屬氧化物普通玻璃加熱接近熔化普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻再急速冷卻玻璃玻璃生產(chǎn)原料：石灰石、黏土生產(chǎn)原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3水水 泥泥具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì) 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。輪的磨料。 2、硅硅 鋼鋼（鐵合金）（鐵合金） 導(dǎo)磁性良導(dǎo)磁性良好，用作好，用作變壓器鐵變壓器鐵芯芯3、硅橡膠、硅橡膠4、分子篩、分子篩新型無機非金屬材料：新型無機非金屬