無(wú)機(jī)非金屬材料主角-硅PPT課件(上課用很好)

1、第四章第四章非金屬及其化合非金屬及其化合物物Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地殼中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)地殼中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角第一節(jié)無(wú)機(jī)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(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)存在：硅是親氧元素，沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以（以氧化物和硅酸鹽氧化物和硅酸鹽的形式存在）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, ,其原子其原子既既不易失去電子，也不易得到電不易失

2、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, ,主要形成四價(jià)化合物主要形成四價(jià)化合物CSi碳碳是構(gòu)成有機(jī)物是構(gòu)成有機(jī)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(rèn)識(shí)硅認(rèn)識(shí)硅結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙一、一、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅石硅石無(wú)色透明無(wú)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

3、氧化硅叫硅石叫硅石。 每每1個(gè)個(gè)Si原子周?chē)Y(jié)合原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)個(gè)O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個(gè)頂角。在四個(gè)頂角。 同時(shí)每同時(shí)每1個(gè)個(gè)O原子周?chē)Y(jié)合原子周?chē)Y(jié)合2個(gè)個(gè)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(gè)數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1，用，用SiO2來(lái)表示來(lái)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(gè)數(shù)比的原子個(gè)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)正四面體的

4、空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（為原子晶體），正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（為原子晶體），性質(zhì)穩(wěn)定。性質(zhì)穩(wěn)定?！癝iO2”表示組成的化學(xué)式，表示組成的化學(xué)式，而不表示分子式。而不表示分子式。金剛石、晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石、晶體硅的結(jié)構(gòu)與SiO2類似，類似，也為原子晶體。也為原子晶體。3 3、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(wú)開(kāi)刀手術(shù)無(wú)開(kāi)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)纖維思考與交流思考與交流4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(diǎn)高、難溶于水硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水1.玻璃中

5、含有玻璃中含有SiO2，從物，從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來(lái)分類，質(zhì)組成和性質(zhì)角度來(lái)分類， SiO2屬于哪類物質(zhì)？屬于哪類物質(zhì)？2. SiO2可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？5 5、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、與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水、與堿性氧化物反應(yīng)生成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(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶用橡溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞皮塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的Si

6、OSiO2 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(wú)法打開(kāi)。因塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。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(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？ HFHF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。（3）、 Si02 的弱氧化性Si02高溫下與C作用可制取粗硅 2C+SiO2 Si+2CO高溫總總 結(jié)結(jié)Si

7、OSiO2 2COCO2 2所屬類型所屬類型物物理理性性質(zhì)質(zhì)色色 態(tài)態(tài)熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)硬硬 度度溶解性溶解性化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)CO2+2NaOH =Na2CO3+2OSiO2+2NaOH =Na2SiO3+2O高溫高溫SiO2+Na2O=Na2SiO3堅(jiān)硬難熔固體堅(jiān)硬難熔固體高高大大不溶于水不溶于水無(wú)色氣體無(wú)色氣體低低小小溶于水溶于水CO2+Na2O=Na2CO3高溫高溫酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物CO2+H2O=H2CO3 不反應(yīng)不反應(yīng)與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧與堿性氧化物反應(yīng)化物反應(yīng)SiO2 +2C = Si + 2CO高溫高溫CO2 + C = 2CO高溫高溫氧化性氧

8、化性 試劑試劑二氧化硅二氧化硅氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液氫氟酸氫氟酸濃硫酸濃硫酸 試劑瓶試劑瓶細(xì)口瓶，磨口塞細(xì)口瓶，磨口塞廣口瓶廣口瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口瓶，橡皮塞細(xì)口瓶，橡皮塞 實(shí)驗(yàn)室有幾種試劑，根據(jù)它們各自的實(shí)驗(yàn)室有幾種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎拧Ｕ?qǐng)?jiān)趯?duì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎拧Ｕ?qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。線。二、硅酸二、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

9、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)，那與水反應(yīng)，那么，么，如何制得硅如何制得硅酸呢？酸呢？實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)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

10、酸性比HH2 2COCO3 3弱（強(qiáng)酸制弱酸）。弱（強(qiáng)酸制弱酸）。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 + 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(dòng)），（能流動(dòng)），當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會(huì)形成當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會(huì)形成硅酸凝膠硅

11、酸凝膠（不能流（不能流動(dòng)），動(dòng)），硅酸凝膠經(jīng)過(guò)干燥脫水就形成硅酸凝膠經(jīng)過(guò)干燥脫水就形成硅膠硅膠。硅膠硅膠的用途：干燥劑（吸水），吸附劑（多孔）的用途：干燥劑（吸水），吸附劑（多孔）用作催化劑的載體 ，催化劑的載體。催化劑的載體。注意注意:硅酸的存在硅酸的存在(1)是一種很弱的酸是一種很弱的酸,酸性比碳酸還要弱酸性比碳酸還要弱Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3 (2)不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定）受熱易分解： (3)硅酸在水中的溶解度很小。H2SiO3 = SiO2+H2O 硅酸的性質(zhì)硅酸的性質(zhì)1 1、 H2SiO3制備，可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制備，可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)白色，

12、膠狀，不溶于水的物質(zhì)白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)硅膠硅膠的用途：的用途：酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱H2SiO3 = SiO2 + H2OH2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O強(qiáng)酸制弱酸原理（酸性：強(qiáng)酸制弱酸原理（酸性：HCl H2CO3 H2SiO3）Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3 活動(dòng)與探究：活動(dòng)與探究： 硅酸是一種硅酸是一種比碳酸還要弱比碳酸還要弱的酸。請(qǐng)的酸。請(qǐng)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器及藥品，設(shè)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器及藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱酸弱.方法方法: : 向向NaNa2 2Si

13、OSiO3 3溶液中通入溶液中通入COCO2 2氣體，產(chǎn)生白色氣體，產(chǎn)生白色膠狀沉淀膠狀沉淀NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2SiOSiO3 3（膠體）（膠體）+ Na+ Na2 2COCO3 3三、三、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。1、硅酸鈉（、硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。原料。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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-24-2放入蒸餾水放入蒸餾水

14、放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當(dāng)水分蒸當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒發(fā)后燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒不易燃燒用水玻璃浸泡過(guò)的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過(guò)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、硅酸鹽組成表示用氧化物的形式表示用氧化物的形式表示硅酸鈉（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硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方

15、便記憶硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶和計(jì)算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成和計(jì)算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成例：將下列硅酸鹽用氧化物的形式表示出來(lái)：例：將下列硅酸鹽用氧化物的形式表示出來(lái)：鈉長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石(NaAlSi3O8)： 。黏土黏土(Al2Si2O5(OH)4)： 。Na2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)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 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸

16、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(guò)程：混合生產(chǎn)過(guò)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(1)(1)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 + Na2CO3 Na2SiO3 +

17、CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫高溫(2)、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 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（3 3）、水）、水 泥泥材料材料物理性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)玻璃玻璃陶瓷陶瓷硬度高，耐磨損，耐硬度高，耐磨損，耐高溫，較脆高溫，較脆硬度高，耐磨損，硬度高，耐磨損，耐高溫耐高溫化學(xué)很穩(wěn)化學(xué)很穩(wěn)定定化學(xué)很穩(wěn)化學(xué)很穩(wěn)定定4、具有特殊功能

18、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(wú)機(jī)非金屬材料：新型無(wú)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)陶瓷等圖圖4-104-10生物陶瓷制成生物陶瓷制成的的人造骨人造骨硅酸鹽無(wú)機(jī)非金無(wú)機(jī)非金屬材料屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料新型無(wú)機(jī)非新

19、型無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷壓電陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)陶瓷硅有硅有晶體硅晶體硅和和無(wú)定形硅無(wú)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(diǎn)高、硬度大熔點(diǎn)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(qiáng)堿氫氟酸、氟氣、強(qiáng)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)。四、硅單質(zhì)四、硅單質(zhì)1 1、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：2 2、與氯氣反應(yīng)：、與氯氣反應(yīng)：3 3、與氧氣反應(yīng)、與氧氣反應(yīng)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+