《二氧化硅和硅酸》課件PPT

1、第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅SiSi從原子角度認(rèn)識(shí)硅原子從原子角度認(rèn)識(shí)硅原子-原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)C Si 既不易失去電子，也不易得到電子，既不易失去電子，也不易得到電子，所以所以,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成四主要形成四價(jià)化合物價(jià)化合物水晶水晶瑪瑙瑪瑙一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（1）存在和物性（2 2）SiOSiO2 2的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì): : 酸性氧化物酸性氧化物SiOSiO2 2 2NaOH = Na2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O OSiOSiO2 2 CaO = CaSiOCaO = CaSiO3 3高溫高溫SiO2 + 2OH- =

2、 SiO3 2- + H2O1、實(shí)驗(yàn)室盛裝、實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃用橡膠塞而不用玻璃塞？塞？ NaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。因此盛裝。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。 = 圖圖 4-6 實(shí)驗(yàn)室盛放實(shí)驗(yàn)室盛放NaOH溶液的試劑瓶溶液的試劑瓶特性特性SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O 氫氟酸（氫氟酸（HFHF）是唯一能與是唯一能與SiOSiO2 2反應(yīng)的酸反應(yīng)的酸氫氟酸：用于

3、雕刻玻璃。氫氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。保存于塑料瓶中。與鹽反應(yīng)： NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + CO+ CO2 2 CaCO CaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO + CO2 2 高溫高溫 高溫高溫與碳單質(zhì)反應(yīng)：弱氧化性SiOSiO2 2 + 2C = + 2C = Si + 2COSi + 2CO高溫高溫每每1個(gè)個(gè)Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(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原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合2個(gè)個(gè)S

4、i原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。硅原子硅原子SiO2正正四面體四面體二氧化硅中硅原子與氧原子個(gè)數(shù)比為二氧化硅中硅原子與氧原子個(gè)數(shù)比為1:2,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Si 與與O的原子個(gè)數(shù)比的原子個(gè)數(shù)比,不是分子式不是分子式,是是化學(xué)式?；瘜W(xué)式。二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu) 二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 狀態(tài)狀態(tài) 物理性質(zhì)物理性質(zhì)化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)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)與酸反應(yīng)與酸反應(yīng) 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不

5、反應(yīng)不反應(yīng) = 固固 態(tài)態(tài)熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低氣氣 態(tài)態(tài)熔點(diǎn)高、硬度大熔點(diǎn)高、硬度大人工降雨，滅火等人工降雨，滅火等 裝飾、石英坩堝、裝飾、石英坩堝、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維【比較】二氧化碳和二氧化硅高溫高溫（3 3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途石英研缽石英研缽光導(dǎo)纖維坩堝坩堝水晶水晶 光導(dǎo)纖維、裝飾、石英坩堝光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡是一種白色膠狀物質(zhì)，是一種白色膠狀物質(zhì)，溶解度很小（白色沉淀）。溶解度很?。ò咨恋恚Ｕ莆眨核嵝詮?qiáng)弱順序 HCl CO2 H2SiO3（1）【實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1】制取原則：強(qiáng)酸制取弱酸制取原則：強(qiáng)酸制取弱酸現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論化學(xué)方化學(xué)方程式程式離子方離子方程式程式滴入酚酞后溶液變?yōu)?/p>

6、紅色，再滴入稀鹽酸，溶滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無(wú)色，同時(shí)有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生液紅色變淺至無(wú)色，同時(shí)有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生 a、Na2SiO3溶液呈堿性，溶液呈堿性，b、可溶性硅酸、可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，c、先形、先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠，成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠，d、靜置則、靜置則形成硅酸沉淀。形成硅酸沉淀。Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3（膠體）（膠體）SiO32- + 2H+ = H2SiO3 （膠體）（膠體）SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3N

7、a2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3用什么實(shí)驗(yàn)事實(shí)能夠證明用什么實(shí)驗(yàn)事實(shí)能夠證明硅酸的酸性比碳酸弱？硅酸的酸性比碳酸弱？ 向可溶性硅酸鹽溶液中通入二氧化碳?xì)怏w，出現(xiàn)向可溶性硅酸鹽溶液中通入二氧化碳?xì)怏w，出現(xiàn)白色渾濁，即用白色渾濁，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可證明，可證明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。弱。酸制取酸原則：酸制取酸原則：較強(qiáng)酸制取較弱酸，較強(qiáng)酸制取較弱酸，高沸點(diǎn)高沸點(diǎn) 制取低沸點(diǎn)。制取低沸點(diǎn)。（2 2）化學(xué)性質(zhì)）化學(xué)性質(zhì): :弱弱酸性：只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)。酸性：只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)。H H2 2SiOSiO3 3

8、 + 2NaOH = Na+ 2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 + 2H+ 2H2 2O O不穩(wěn)定：受熱易分解。不穩(wěn)定：受熱易分解。 H H2 2SiOSiO3 3 = H= H2 2O + SiOO + SiO2 2（3）用途）用途硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠硅膠”。常常用做干燥劑。常常用做干燥劑。二、硅 酸 鹽1、定義：硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱 2、性質(zhì)：硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見(jiàn)的硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽是可溶性硅酸

9、鹽是Na2SiO3、K2SiO3。3、表示方法：（1）化學(xué)式法：）化學(xué)式法： 適用于簡(jiǎn)單的硅酸鹽如：適用于簡(jiǎn)單的硅酸鹽如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等?；顫娊饘傺趸镙^活潑金屬氧化物二氧化硅水。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。硅酸鈉：硅酸鈉： NaNa2 2SiOSiO3 3 Na Na2 2OSiOOSiO2 2 硅酸鈣：硅酸鈣： CaSiOCaSiO3 3 CaOSiO CaOSiO2 2高嶺石：高嶺石：AlAl2 2(Si(Si2 2O O5

10、5)(OH)(OH)4 4 AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 正長(zhǎng)石：正長(zhǎng)石：KAlSiOKAlSiO3 3不能寫不能寫 K K2 2OAlOAl2 2O O3 33SiO3SiO2 2， 應(yīng)寫成應(yīng)寫成K K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2（2）氧化物法：4、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化 硅酸鹽礦石硅酸鹽礦石長(zhǎng)期受到空氣中的二氧化長(zhǎng)期受到空氣中的二氧化碳和水的侵蝕后碳和水的侵蝕后,逐漸風(fēng)化分解逐漸風(fēng)化分解,生成的可生成的可溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土量的黏土形成土壤膠體形

11、成土壤膠體，因其表面積巨，因其表面積巨大且一般大且一般帶負(fù)電，能吸附帶負(fù)電，能吸附NH4+，K+等營(yíng)等營(yíng)養(yǎng)離子，從而具有保肥能力。養(yǎng)離子，從而具有保肥能力。硅酸鹽是如何具有保肥能力的？硅酸鹽是如何具有保肥能力的？5、硅酸鈉（Na2SiO3）硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，是一種無(wú)色粘稠的液體，是，是一種無(wú)色粘稠的液體，是一種一種礦物膠礦物膠，黏性很強(qiáng)，可以作，黏性很強(qiáng)，可以作黏膠劑和木材防火劑。放入蒸餾水放入硅酸鈉飽和溶液 現(xiàn) 象 結(jié) 論 水分蒸發(fā)后燃燒水分蒸發(fā)后燃燒 水分蒸干后不燃燒水分蒸干后不燃燒硅酸鈉能防火硅酸鈉能防火水

12、不能防火水不能防火（1）、硅酸鈉的物理性質(zhì)）、硅酸鈉的物理性質(zhì)【實(shí)驗(yàn)4-2】（3）用途）用途 可以作肥皂填料，還可以用做建筑、紙張的可以作肥皂填料，還可以用做建筑、紙張的黏合劑和木材、織物的黏合劑和木材、織物的防腐劑及防火劑與鹽反應(yīng)與鹽反應(yīng)與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl（2）化學(xué)性質(zhì)三.無(wú)機(jī)非金屬材料（1）玻璃：原料：純堿原料：純堿(Na(Na2 2COCO3 3) )、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2) ) 設(shè)備：玻璃窯設(shè)備：玻璃窯有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：N

13、aNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )1、傳統(tǒng)型硅酸鹽材料：（2）水泥：原料：黏土、石灰石、石膏設(shè)備：回轉(zhuǎn)窯 石膏的作用：調(diào)節(jié)水泥硬化速度。（3）陶瓷： 原料：原料：黏土為原料黏土為原料 設(shè)備：陶瓷窯設(shè)備：陶瓷窯新型無(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

14、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(wú)機(jī)非金屬材料特征：耐高溫、強(qiáng)度高； 具有電學(xué)性質(zhì)； 具有光學(xué)性質(zhì)； 具有生物功能；2、新型材料：（1 1）具有特殊功能的含硅物質(zhì)）具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗稱金剛砂），具有俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。作砂紙、砂輪的磨料。硅鋼硅鋼 （鐵合金）導(dǎo)磁性良好，（鐵合金）導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯。用作變壓器鐵芯。硅橡膠硅橡膠最好的既耐高溫又最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠。耐低溫的橡膠。 分子篩分子篩具有均勻微孔結(jié)構(gòu)具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的

15、鋁硅酸鹽。的鋁硅酸鹽。（2 2）新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料）新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料 高溫、壓電、透明、超導(dǎo)高溫、壓電、透明、超導(dǎo)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氧化鋁氧化鋁(Al2O3)陶瓷陶瓷氮化硅氮化硅(Si3N4)陶瓷陶瓷四、硅單質(zhì) 晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料1.1.硅的存在和狀態(tài)：硅的存在和狀態(tài)：在自然界中硅元素只有化合態(tài)，無(wú)游離態(tài)；在自然界中硅元素只有化合態(tài)，無(wú)游離態(tài)；單質(zhì)硅也有晶體硅和無(wú)定形硅。單質(zhì)硅也有晶體硅和無(wú)定形硅。2.2.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：?jiǎn)钨|(zhì)硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固單質(zhì)硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高。體，熔沸點(diǎn)較高。3.3.化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：在常溫下在常溫下, ,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑, ,除氟氣、氫氟酸除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外和強(qiáng)堿外, ,硅不跟其他物質(zhì)如氧氣、氯氣、硫酸、硅不跟其他物質(zhì)如氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等起反應(yīng)。即：硝酸等起反應(yīng)。即：4.4.工業(yè)制粗硅：工業(yè)制粗硅：SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO粗硅提純：粗硅提純：Si+2ClSi+2