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文檔簡(jiǎn)介

硅和硅酸鹽工業(yè)王振山1碳族元素硅酸鹽工業(yè)簡(jiǎn)介新型無機(jī)材料主菜單碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料2碳族元素性質(zhì)硅的性質(zhì)及用途二氧化硅的性質(zhì)及用途碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料3結(jié)構(gòu)位置性質(zhì)決定反映反映反映決定決定

碳族元素構(gòu)位性一體,相互可推斷碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料41、碳族元素的“成員”一、碳族元素碳(6C)硅(14Si)鍺(32Ge)錫(50Sn)鉛(82Pb)碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料52、第ⅣA族元素原子結(jié)構(gòu)、位置、性質(zhì)三者關(guān)系相同點(diǎn):不同點(diǎn):核電荷數(shù)、電子層及原子半徑從上到下依次增大原子最外層電子數(shù)都為4(1)結(jié)構(gòu)和位置的特點(diǎn)及關(guān)系碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料6討論:元素結(jié)構(gòu)和位置上的異同點(diǎn)決定了其化學(xué)性質(zhì)上具備了哪些特點(diǎn)?(2)碳族元素性質(zhì)的相似性①易形成共價(jià)化合物②主要化合價(jià)為+4、+2、-4價(jià)③常溫下性質(zhì)穩(wěn)定碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料7碳硅鍺錫鉛氧化性:逐漸減弱 還原性:逐漸增強(qiáng)得電子能力:逐漸減弱失電子能力:逐漸增強(qiáng)非金屬性:逐漸減弱金屬性:逐漸增強(qiáng)(3)碳族元素性質(zhì)的遞變性碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料8

碳(非金屬)硅(非金屬性比金屬性強(qiáng))鍺(金屬性比非金屬性明顯)錫(金屬)鉛(金屬)事實(shí)說明:碳族元素從上到下,明顯的非金屬性逐漸變?yōu)槊黠@的金屬性。碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料9氧化物元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物氫化物氫化物的穩(wěn)定性CO2、SiO2、GeO2、SnO2、PbO2討論:從各元素的非金屬性和金屬性強(qiáng)弱來分析各元素最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性以及氫化物的穩(wěn)定性是怎樣變的?H2CO3、H4SiO4、Ge(OH)4、Sn(OH)4、Pb(OH)4

酸性逐漸減弱、堿性逐漸增強(qiáng)CH4、SiH4、GeH4、SnH4、PbH4穩(wěn)定性逐漸減弱碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料10單質(zhì)顏色、狀態(tài)熔、沸點(diǎn)

密度金剛石:無色固體石墨:灰黑色固體晶體硅:灰黑色固體銀灰色固體銀白色固體藍(lán)灰色固體

低小大物理性質(zhì)的遞變碳鉛硅鍺錫碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料11

思考:

“錫的+4價(jià)化合物穩(wěn)定,鉛的+2價(jià)化合物穩(wěn)定”。由此可推斷SnCl2和PbO2的氧化性或還原性的強(qiáng)弱及變化產(chǎn)物。碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料12二、硅存在和含量:含量居第二(O、Si、Al、Fe)無游離態(tài),是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分有晶體和無定形兩種同素異形體熔沸點(diǎn)很高硬度很大(結(jié)構(gòu)類似金剛石)、是半導(dǎo)體2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定思考:C、Si、S、O、N、Cl、Br在自然界中有無游離態(tài)?碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料13常溫下只和F2、HF、強(qiáng)堿反應(yīng)加熱時(shí)能和O2、Cl2反應(yīng):Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+2NaOH+4H2O=Na2SiO3+2H2↑+3H2O4e-

Si+O2SiO2

△Si+2Cl2SiCl4

△SiCl4+2H2Si+4HCl碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料144、制法碳在高溫下還原二氧化硅3、用途半導(dǎo)體材料、制合金、耐酸設(shè)備等SiO2+2CSi+2CO高溫高溫SiO2+3CSiC+2CO碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料15

三、二氧化硅1、存在硅石、石英、水晶、瑪瑙2、物理性質(zhì)堅(jiān)硬難熔的固體思考:石英、水晶有什么應(yīng)用?組成微粒微粒間作用力顏色狀態(tài)熔沸點(diǎn)硬度SiO2晶體干冰晶體163、化學(xué)性質(zhì)b、和CaO反應(yīng)SiO2+CaOCaSiO3高溫(1)具有酸性氧化物的通性:a、SiO2+H2O不反應(yīng)CO2+H2O=

。CO2+CaO

?!鱟、和NaOH反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O生成的Na2SiO3水溶液具有粘性,俗稱水玻璃。碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料17思考:己知玻璃中含有SiO2,盛放堿液的試劑瓶用玻璃塞還是橡皮塞?為什么?CO2+NaOH=

。(2)、與CaCO3、Na2CO3的反應(yīng):高溫SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑CaCO3+CO2+H2O=

.高溫SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑Na2CO3+CO2+H2O=

.碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料18(4)和氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O用于蝕刻玻璃(3)與碳的反應(yīng):高溫SiO2+2CSi+2CO↑高溫SiO2+3CSiC+2CO↑CO2+C

。高溫思考:在實(shí)驗(yàn)室里,氫氟酸如何保存?思考:生石灰中往往含有CaCO3和SiO2,檢驗(yàn)是否存在這兩種雜質(zhì)最好選用()A、水B、鹽酸C、硫酸D、燒堿溶液碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料194、SiO2的用途

①光導(dǎo)纖維②石英玻璃③水晶、瑪瑙:裝飾品及光學(xué)儀器5、硅酸①性質(zhì)

是一種不溶水的二元弱酸,酸性比碳酸還弱,不能使指示劑變色,不穩(wěn)定。②制法SiO32-+2H++H2O=H4SiO4↓SiO32-+2H2O+CO2=H4SiO4↓+CO32-碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料206、硅酸鹽生成的H4SiO4叫原硅酸,是一種白色膠狀物,不溶于水,在干燥的空氣中易失去水變成硅酸,硅酸在加熱條件下會(huì)進(jìn)一步失水得SiO2。[演示]:取兩根一樣干的布條(其中一根在硅酸鈉溶液中浸過),在火焰上燃燒。[現(xiàn)象]:在硅酸鈉溶液中浸過的布條不燃,另一根很易燃燒。

Na2SiO3的水溶液俗稱“水玻璃”,具有粘性,一種礦物膠;也是防腐劑、防火劑。碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料21練習(xí):將下列硅酸鹽改成氧化物形式或?qū)⒀趸镄问礁某晒杷猁}的形式:①Na2SiO3②Al2(Si2O5)(OH)4

③KAlSi3O8④Na2O·CaO·6SiO2

硅酸鹽是構(gòu)成地殼和礦物的主要成分,但其組成比較復(fù)雜,一般以氧化物形成表示。碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料22硅酸鹽產(chǎn)品熱彎玻璃防彈玻璃23

水泥24陶瓷粉彩瓷古瓷欣賞25

概念:以含硅物質(zhì)為原料,經(jīng)過加熱制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。硅酸鹽工業(yè)

如制造水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬于硅酸鹽工業(yè)。特點(diǎn):(1)原料均為含硅固體物質(zhì)(水泥工業(yè)用粘土,玻璃工業(yè)用石英)。(2)反應(yīng)條件高溫。(3)反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。(4)產(chǎn)品的主要成分硅酸鹽。

26水泥性能其它水泥具有水硬性原料石灰石、粘土生產(chǎn)過程普通水泥的成分硅酸三鈣3CaO●SiO2硅酸二鈣2CaO●SiO2鋁酸三鈣3CaO●Al2O3原料研磨混合

煅燒(回轉(zhuǎn)窯)成品加入石膏水泥沙漿、混凝土我國的水泥工業(yè)27原料純堿、石灰石、石英原理Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形成在玻璃態(tài)物質(zhì)(或者Na2O●CaO●6SiO2)Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫普通玻璃的組成設(shè)備:玻璃窯特種玻璃光學(xué)玻璃有色玻璃玻璃纖維鋼化玻璃玻璃28陶瓷簡(jiǎn)史原料粘土工藝流程粘土混合成型干燥燒結(jié)成品冷卻種類土器、陶器、瓷器、炻器性能釉29301、熔融燒堿應(yīng)選用的儀器是:(

A、石英坩堝B、普通玻璃坩堝C、生鐵坩堝D、陶瓷坩堝C2、下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是:(

)A、粘土B、石英C、Al2(Si2O5)OH)4D、Mg2SiO4

B3、石灰石是許多工業(yè)原料之一,但制取下列物質(zhì)不需要石灰石的是:(

)A、制硅酸B、制水泥C、制玻璃D、制生石灰A碳族元素硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料314、與普通玻璃的成分相同的是()A、鋼化玻璃B、有色玻璃C、光學(xué)玻璃D、石英玻璃A5、下列物質(zhì)具有固定熔沸點(diǎn)的是:

)A、鋼化玻璃B、漂白粉

C、消石灰D、水玻璃C6、下列不屬于硅酸鹽產(chǎn)品的是:(

A、水泥B、磚瓦C、陶瓷D、硫酸D7、過量的泥沙、純堿和生石灰熔化后生成①水泥玻璃③瓷器④混凝土⑤一種硅酸鹽產(chǎn)品(

A.①④B.②⑤C.③D.②B328、在水泥中加入石膏的作用是

—————————————————————

將——————-、——————————?!匆欢ū壤旌嫌不蠓Q為混凝土。調(diào)節(jié)水泥的硬化速度水泥砂子碎石33新型無機(jī)非金屬材料34一、什么是無機(jī)非金屬材料?1、材料2、材料的幾種分類3、生活中無機(jī)非金屬材料4、新型無機(jī)非金屬材料的特征二、幾種典型的新型無機(jī)非金屬材料1、結(jié)構(gòu)材料——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷2、功能材料——光導(dǎo)纖維(光纖)展望金剛石35

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),一直是人類進(jìn)步的一個(gè)重要里程碑。例如,歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。一種新型材料的研制成功,可以引起人類文化和生活的新的變化。石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機(jī)高分子(如塑料等)、單晶材料等的發(fā)明,為人類進(jìn)步提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有半導(dǎo)體材料,便不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù);沒有耐高溫、高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料,便沒有今天的宇航工業(yè);沒有低損耗的光導(dǎo)纖維,也就沒有現(xiàn)代的光通訊;沒有有機(jī)高分子材料,人們的生活也不可能像今天這樣豐富多彩。材料36(1)按化學(xué)組成和特性分無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料:塑料、合成橡膠、合成纖維(2)按用途分結(jié)構(gòu)材料:利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì),廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門功能材料:利用材料的熱、光、電、磁等性能用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。373、生活中的無機(jī)非金屬材料⑴玻璃、水泥、陶瓷⑸金剛石鉆頭⑶手表上的“19鉆”(人造紅寶石軸承的數(shù)目)⑷玻璃刀⑵石英鐘表⑺煤氣爐中的電子打火⑹彩電(熒光材料)⑻海底電纜(光導(dǎo)纖維)⑼電腦的CPU(單晶硅)⑽隱形飛機(jī)(特殊光學(xué)材料)(壓電陶瓷)384、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391、結(jié)構(gòu)材料——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(1)氧化鋁陶瓷性

能用

途熔點(diǎn)高坩堝、高溫爐管硬度大剛玉球磨機(jī)透明、耐高溫高壓鈉燈燈管備注:鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決,由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣(1400℃)強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料,所以,直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時(shí)使用高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品40(2)氮化硅陶瓷氮化硅基陶瓷具有密度小、高強(qiáng)、高硬、高韌性、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、自潤滑、隔熱、電絕緣等一系列優(yōu)良性能。(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷(4)人造寶石制造發(fā)動(dòng)機(jī)部位的受熱面,提高柴油機(jī)的質(zhì)量,節(jié)省燃料(不用水冷卻,減少熱散失)。Si3N4基陶瓷球軸承氧化鋯陶瓷碳化硅陶瓷沙漠車氮化硅陶瓷部件41人造寶石紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是Al2O3(剛玉)。紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物;而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物。1900年,科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法,制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石。現(xiàn)在,已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍(lán)寶石。紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石42(3)光導(dǎo)纖維的用途:光纖除了可以用于通訊外,還用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測(cè)遙控、照明等許多方面。

(2)光纖光纜與普通電纜比較(見下頁)(1)是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維,信息高速公路的“基石1870年,英國科學(xué)家丁達(dá)爾做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細(xì)口自由流出,以一束細(xì)光束沿水平方向從開口處的正對(duì)面射入水中。丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn),細(xì)光束不是穿出這股水流射向空氣,而是順從地沿著水流彎彎曲曲地傳播。這是光的全反射造成的結(jié)果。2、功能材料——光導(dǎo)纖維(光纖)光導(dǎo)原理43光纖光纜普通電纜信息量大,每根光纖理論上可同時(shí)通過10億路電話8管同軸電纜每條通話1800路原料來源廣(石英玻璃),節(jié)約有色金屬資源較少質(zhì)量小,每公里27g,不怕腐蝕,鋪設(shè)方便每公里1.6t成本低,每公里1萬元左右每公里20萬元性能好,抗電磁干擾保密性強(qiáng),能防竊聽,不發(fā)生電輻射光學(xué)纖維胃鏡現(xiàn)代通信用光纜用光導(dǎo)纖維做手術(shù),不用開刀44

金剛石是目前已知的最硬的材料,可以用來切削和刻劃其他物質(zhì),被用于鉆探、磨削等行業(yè)。但是,由于天然金剛石非常少,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)和科研的需要??茖W(xué)家們通過對(duì)石墨和金剛石同素異形體結(jié)構(gòu)的研究,指出了在一定條件下使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的可能性。1955年,美國首先用石墨合成出金剛石,這是材料合成領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就。目前,世界上用石墨合成金剛石的研究發(fā)展很快,我國在這方面的研究也在飛速發(fā)展,許多城市都建有人造金剛石的工廠和研究所,以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。金剛石金剛石鉆頭金剛石鋸片45展望21世紀(jì),材料科學(xué)的前景是美好的:1.光電轉(zhuǎn)換材料,分解水的催化材料和儲(chǔ)氫材料等能源材料將實(shí)現(xiàn)高效化;2.集多種功能于一身的復(fù)合材料可使我們的生活質(zhì)量得到進(jìn)一步改善(如“白色污染”將被消除);3.高溫超導(dǎo)材料進(jìn)入實(shí)用階段;4.智能材料和機(jī)敏材料將得到廣泛應(yīng)用;5、納米材料將在治療癌癥、存儲(chǔ)信息等領(lǐng)域大顯神通……

社會(huì)需要材料,材料離不開化學(xué)。461、下列具有特殊性能的材料中,由主族元素和副族元素形成的化合物是()A、半導(dǎo)體材料砷化鎵B、吸氫材料鑭鎳合金C、透明陶瓷材料硒化鋅D、超導(dǎo)材料K30C602、鍺酸鉍(簡(jiǎn)稱BGO)是我國研制成功的一種性能優(yōu)良的閃爍材料,其中鍺元素處于最高價(jià)態(tài),鉍元素的價(jià)態(tài)與它跟氯形成某種共價(jià)氯化物所呈的價(jià)態(tài)相同,且此氯化物中鉍具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),BGO的化學(xué)式是()A、Bi3Ge3O15B、Bi4Ge3O12C、Bi4Ge3O16D、Bi3Ge3O12

4748Si3N4基陶瓷球軸承49高純氧化鋁透明陶瓷管505152現(xiàn)代通信用光纜53光學(xué)纖維胃鏡54用光導(dǎo)纖維做手術(shù),不用開刀55人造金剛石鋸片56金剛石鉆頭57金剛石58氧化鋁陶瓷制品59氧化鋯陶瓷60F-117是一種單座戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。設(shè)計(jì)目的是憑隱身性能,突破敵火力網(wǎng),壓制敵方防空系統(tǒng),摧毀嚴(yán)密防守的指揮所、戰(zhàn)略要地、重要工業(yè)目標(biāo),還可執(zhí)行偵察任務(wù),具有一定空戰(zhàn)能力。61626364651、錫和鉛兩種元素的主要化合價(jià)是+2和+4價(jià),其中+2價(jià)錫和+4價(jià)鉛元素的化合物均是不穩(wěn)定的,+2價(jià)錫離子有強(qiáng)還原性,+4價(jià)鉛離子有強(qiáng)氧化性。寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式:①氯氣和錫共熱-------------------------------

②氯氣和鉛共熱-------------------------------

③PbO2和濃HCl共熱-------------------------------

④能說明Sn2+的還原性比Fe2+的強(qiáng)的方程式是

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