《第一節(jié)_無機(jī)非金屬材料的主角——硅》PPT課件

1、第四章第四章 非金屬及其化合物非金屬及其化合物硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的占地殼總量的90%90%以上。以上。 硅的分布與存在硅的分布與存在 存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài) 分布：自然界中分布廣泛，在地分布：自然界中分布廣泛，在地殼中居

2、第二位，僅次于氧。是構(gòu)殼中居第二位，僅次于氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。成礦物和巖石的基本元素。SiSi最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價？：碳、硅原子主要顯幾價？思考思考1 1：硅原子最外層電子數(shù)是多少？：硅原子最外層電子數(shù)是多少？+142 8 41 1、硅的工業(yè)制法、硅的工業(yè)制法 ： 粗硅：粗硅： 純硅：純硅：2C+ SiO2= Si+2CO高溫高溫Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3

3、+2H2Si+2Cl2=SiCl4太陽能電池大規(guī)模集成電路硅的用途非常廣泛，可用來制造集硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽能電池，制體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。鋁合金、鐵合金等多種合金。硅硅芯芯片片 在美國舊金山，有個最大的高在美國舊金山，有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機(jī)發(fā)展的它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體

4、管是計算機(jī)的心臟。制成的晶體管是計算機(jī)的心臟。 硅在硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中重要作用中重要作用二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅礦山二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸二氧化硅的存在二氧化硅的存在硅石硅石( (天然天然) )結(jié)晶形結(jié)晶形無定形無定形二、二氧化硅二、二氧化硅水晶水晶瑪瑪 瑙瑙瑪瑙瑪瑙中國硅藻土資源豐富。全國中國硅藻土資源豐富。全國1010個省個省( (區(qū)區(qū)) )有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有有354354處，總保有儲量礦石處，總保有儲量礦石3.853.85億噸。億噸。僅次于美國，居世界第僅次于美國，居世界第2 2位。在地區(qū)分布位。在地區(qū)分布上，以吉林

5、最多，占全國儲量的上，以吉林最多，占全國儲量的54.8%54.8%，云南、福建、河北等地次之。礦床類型云南、福建、河北等地次之。礦床類型主要為火山物源沉積型礦床主要為火山物源沉積型礦床( (吉林長白、吉林長白、山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等) )和和陸源沉積型陸源沉積型( (云南尋甸、四川米易硅藻云南尋甸、四川米易硅藻土礦等土礦等) )礦床。礦床。SiO二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu).SiO2原子晶體原子晶體SiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定因此性質(zhì)很穩(wěn)定 4.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不能與水反應(yīng)不能與水反應(yīng) SiO2+2NaO

6、H=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高溫高溫 是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O弱的氧化性弱的氧化性 SiO2+2C= Si+2CO高溫高溫實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶, , 細(xì)口磨口塞玻璃瓶細(xì)口磨口塞玻璃瓶廣口瓶廣口瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶棕色廣口瓶棕色廣口瓶細(xì)口塑料瓶，細(xì)口塑料瓶，如何存放下列藥品如何存放下列藥品? ?依據(jù)是什么依據(jù)是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液c.硝酸銀晶體硝酸銀晶體_ d._ d.氫氟酸氫氟酸_ _e.e.濃硫酸濃硫酸_二氧化硅(SiO2）二氧

7、化碳(CO2)物理性質(zhì) 熔沸點高、硬度大 熔沸點低硬度小與水反應(yīng) 不反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO= Ca SiO3CO2+Na2O= Na2CO3與酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反應(yīng)與碳反應(yīng)SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO高溫高溫高溫高溫高溫高溫5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途由于由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)

8、用。都被人類廣泛地應(yīng)用。光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、瑪瑙石英、瑪瑙二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號的玻璃絲。光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點就是通信容量大，通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點就是通信容量大，一對光纖上可同時傳送一對光纖上可同時傳送3 3萬門電話。萬門電話。 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱為成干膠，稱為“硅膠硅膠”。、 干燥

9、硅膠干燥硅膠 濕硅膠濕硅膠（1） Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 （2） H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加熱加熱Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）(SiO2） 制備制備： H2SiO3 硅酸凝膠硅酸凝膠 硅酸干凝膠硅酸干凝膠 “硅膠硅膠” 用途：用途： 硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。也可以用作催化劑的載體。1、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系、下列各組

10、物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（的比較，正確的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔點：熔點：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質(zhì)中、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來不能用玻璃瓶來盛裝的是（盛裝的是（ ）A.燒堿溶液燒堿溶液 B.濃硫酸濃硫酸 C.氫氟酸氫氟酸 D.碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO雜質(zhì)，雜質(zhì)，最適宜的試劑是（最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液純堿溶液 B 鹽酸鹽酸 C 硫酸硫酸 D 苛性鈉溶液苛性鈉溶液B四、硅酸鹽四、硅酸鹽 2.硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的表示方法： 化學(xué)式法：化學(xué)式法：氧

11、化物法：氧化物法：硅酸鈉硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣硅酸鈣： CaO SiO2高嶺石：高嶺石：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長石：長石：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硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，關(guān)于硅酸鹽說明：關(guān)于硅

12、酸鹽說明：1.1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.2.硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗稱稱泡花堿泡花堿；它的水溶液俗稱；它的水溶液俗稱水玻璃水玻璃，是一，是一種粘合劑；種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：硅酸和二氧化硅的制備： 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, ,要用橡膠塞要用橡膠塞 較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4

13、+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常溫分解受熱分解四、硅酸鹽工業(yè)四、硅酸鹽工業(yè) 水泥是一種非常重要的建筑材料。水泥是一種非常重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。生產(chǎn)過程：黏土和石灰石兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成細(xì)粉；硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)水泥的生產(chǎn)原料：普通硅酸鹽水泥的成分：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劑。建筑黏

14、合劑。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：水泥砂漿：水泥砂漿：2、玻璃：生產(chǎn)過程： 純堿、石灰石和石英。純堿、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2OCaO6SiO2；玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。 玻璃的性能：3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱。隋帶燒制的三彩陶駱駝瓷器是中華文

15、明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?我國素有“瓷都”之稱的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型無機(jī)非金屬材料：新型無機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等新型無機(jī)非金屬材料：1、新型無機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)； （3）具有光學(xué)性質(zhì)； （4）具有生物功能；2 2、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料

16、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：(1)(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷( (人造剛玉人造剛玉) )：氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品 高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的。高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長達(dá)1萬小時2萬小時，比高壓汞燈壽命長2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長的燈。透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在19501950年就得以解決，由于沒有一年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（種能抵御高溫鈉蒸氣（14001400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。1.下列物質(zhì)中屬于純凈物的是下列物質(zhì)中屬于純凈物的是( ) A.Na2CO310H2O B.