无机非金属材料主角-硅(课)

水水晶晶1 1 石石 英英 制制 品品2 2玛玛 瑙瑙3 3 信息高速公路骨架信息高速公路骨架光导纤光导纤维维4 4无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅5 5氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%6 6硅硅的存在与分布的存在与分布存在：存在：硅是亲氧元素，没有游离态，硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态只有化合态分布：分布：自然界中分布广泛，是构成矿自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。物和岩石的基本元素。7 71、硅的原子结构硅的原子结构硅和碳一样硅和碳一样,其原子既不其原子既不易失去又不易得到电子易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物主要形成四价的化合物.一一、硅硅+142 8 4Si2 4+6C碳是构成有机碳是构成有机物的主要元素物的主要元素硅是构成岩石和许硅是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素8 89 92、硅的性质硅的性质硅有硅有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅两种。两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、晶体硅是灰黑色、有金属光泽、晶体硅是灰黑色、有金属光泽、晶体硅是灰黑色、有金属光泽、熔点、沸点熔点、沸点熔点、沸点熔点、沸点都很高，都很高，都很高，都很高，硬度大硬度大硬度大硬度大的固体。的固体。的固体。的固体。导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。l化学性质化学性质：常温下硅单质的化学性质不活：常温下硅单质的化学性质不活泼泼,与强酸与强酸、强氧化剂不反应。只能与、强氧化剂不反应。只能与F2、HF、强碱、氧气、焦碳等发生反应、强碱、氧气、焦碳等发生反应物物理理性性质质1010Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2还原剂还原剂氧化剂氧化剂Si+O2=SiO2Si+C=SiC(金刚砂）金刚砂）高温高温11113.硅的工业制法硅的工业制法1、制粗硅、制粗硅SiO2+2C=Si+2CO高温高温2、粗硅提纯、粗硅提纯Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温不是不是CO21212晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良是良好的好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料硅硅太阳能电池太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）硅硅的用途的用途1313二、二氧化硅二、二氧化硅1.存在形式：存在形式：结晶形结晶形和和无定形无定形两大类，统称为硅石两大类，统称为硅石石英晶体是结晶的石英晶体是结晶的SiO2,无色透明的叫无色透明的叫做做水晶水晶，具有彩色环带状或层状的叫，具有彩色环带状或层状的叫玛瑙玛瑙石英、水晶石英、水晶、硅石硅石的成分都是的成分都是SiO21414SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构基本结构单元是基本结构单元是SiO正四面体，每正四面体，每个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O，每个，每个O原子周原子周围结合两个围结合两个Si原子，原子，在在SiO2中不存在中不存在SiO2分子，分子，SiO2是是原子晶体原子晶体1515可见可见Si、O个数比为个数比为SiO21：2SiO二氧化硅晶体是由硅原子和氧二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按原子按1：2的比例所组成的的比例所组成的立体网状结构的立体网状结构的原子晶体原子晶体1616SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构网状结构决定了网状结构决定了SiOSiO2 2具有优良的物具有优良的物理和化学性质理和化学性质物理性质物理性质:_硬度大、熔沸点高、不溶于水硬度大、熔沸点高、不溶于水化学性质化学性质:_很稳定很稳定1717二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质1.特性特性与氢氟酸反应与氢氟酸反应SiO2 CaO CaSiO3高温高温SiO2+4HF=SiF4+2H2O2.酸性氧化物的通性酸性氧化物的通性（刻蚀玻璃）（刻蚀玻璃）SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O1818 实验室盛装实验室盛装NaOH溶溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？璃塞，你知道为什么吗？防止玻璃塞中的防止玻璃塞中的SiO2与与NaOH溶液反应生成溶液反应生成 粘稠的粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起使瓶塞和瓶口粘在一起SiO2 2NaOHNa2SiO3H2OSiO2 2OHSiO32H2O1919（3）在高温下与碳酸盐反应在高温下与碳酸盐反应SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温制玻璃的原理制玻璃的原理2020三三.二氧化硅的用途：二氧化硅的用途：1.信息高速公路的骨架信息高速公路的骨架光导纤维光导纤维2.石英坩埚、石英玻璃、石英钟表石英坩埚、石英玻璃、石英钟表 3.电子工业的主要部件光学仪器电子工业的主要部件光学仪器 4.工艺饰品工艺饰品2121二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化碳二氧化碳CO2二氧化硅二氧化硅SiO2物质分类物质分类 与酸与酸反应反应与与碱性氧碱性氧化物反应化物反应与碱与碱反应反应与水与水反应反应均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高温高温CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反应不反应 SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反应不反应2222三、三、硅酸硅酸（H2SiO3）如何如何制得硅酸？能用制得硅酸？能用SiOSiO2 2与水反应制得与水反应制得吗？为什么？吗？为什么？SiO2 +H2OSiO2 2是硅酸的是硅酸的酸酐酸酐，H2SiO3白色固体，白色固体，难溶于水，酸性难溶于水，酸性弱于弱于碳酸。碳酸。由于由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能通过不溶于水，所以硅酸只能通过间接间接方法制备。方法制备。由可溶性硅酸盐与其它酸反应制得由可溶性硅酸盐与其它酸反应制得2323实验实验4-14-1：在试管中加入少量在试管中加入少量NaNa2 2SiOSiO3 3溶液，溶液，滴入滴入1 12滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴加入滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴加入盐酸盐酸现象现象结论结论化学方程式化学方程式溶液呈红色溶液呈红色,加入盐酸溶液红色变浅加入盐酸溶液红色变浅并接近消失时并接近消失时,有透明的硅酸凝胶产有透明的硅酸凝胶产生生.硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。应制得的。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）（胶体）+2NaCl原理：强酸制备弱酸原理：强酸制备弱酸原理：强酸制备弱酸原理：强酸制备弱酸硅酸（硅酸（H2 2SiO3 3）的制备）的制备2424硅酸的性质硅酸的性质：1.难溶于水的弱酸，酸性比碳酸还弱，硅难溶于水的弱酸，酸性比碳酸还弱，硅酸不能使紫色石蕊试液变红酸不能使紫色石蕊试液变红Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 2.不稳定性酸：不稳定性酸：H2SiO3=SiO2+H2O3.硅酸能与碱液反应硅酸能与碱液反应H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O2525硅酸在水中易聚合形成胶体，硅酸在水中易聚合形成胶体，浓度较浓度较小小时形成时形成硅酸硅酸溶胶溶胶，浓度较浓度较大大时形成硅酸时形成硅酸凝胶凝胶，2626硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶硅胶”。硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作干燥剂干燥剂，也可以用作，也可以用作催化剂的载体催化剂的载体。CoCl22727四、硅酸盐四、硅酸盐硅酸盐硅酸盐是由是由硅、氧和金属硅、氧和金属组成的化合物的组成的化合物的总称，在自然界分布极广，是构成地壳总称，在自然界分布极广，是构成地壳岩石的主要成分。岩石的主要成分。结构复杂结构复杂、一般不溶于水一般不溶于水、化学性质很稳定化学性质很稳定2828实验实验4-24-2：取两个小木条，或滤纸条，分别放：取两个小木条，或滤纸条，分别放入蒸馏水和入蒸馏水和NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液中，使之充分吸饱和溶液中，使之充分吸湿湿、浸透，取出稍沥干后，同时分别放置在、浸透，取出稍沥干后，同时分别放置在酒精灯外焰处，观察现象酒精灯外焰处，观察现象放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸发后当水分蒸发后燃烧燃烧当水分蒸发后不易当水分蒸发后不易燃烧燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火Na2SiO3，其水溶液俗称，其水溶液俗称水玻璃水玻璃2929制备木材防火剂的原料制备木材防火剂的原料Na2SiO3的用途的用途肥皂填料，黏胶剂肥皂填料，黏胶剂Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 盛放盛放Na2SiO3的试剂瓶应密封的试剂瓶应密封,否则吸收空气否则吸收空气中中CO2的的H2O和会变质和会变质,试剂瓶不能用玻璃塞试剂瓶不能用玻璃塞,因为它本身是一种玻璃粘胶剂因为它本身是一种玻璃粘胶剂3030硅酸盐硅酸盐结构复杂、通常用氧化物形式表示：结构复杂、通常用氧化物形式表示：顺序：顺序：活泼金属活泼金属氧化物氧化物较活泼金较活泼金属氧化物属氧化物SiO2H2O1.氧化物之间用氧化物之间用 隔开隔开2.出现分数化为整数出现分数化为整数 Na2O.SiO2Na2SiO3:3131传统的硅酸盐产品传统的硅酸盐产品;陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥3232分子筛分子筛具有均匀微孔结构的具有均匀微孔结构的铝硅酸盐铝硅酸盐33331、下列各组物质有关性质关系的比较，正确、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（的是（）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰）D.硬度：硬度：SiO2 CO2练一练练一练C34342、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装不能用玻璃瓶来盛装的是的是()A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸钠溶液碳酸钠溶液练一练练一练C35353、要除去、要除去SiO2中的中的CaO杂质，最杂质，最适宜的试剂是（适宜的试剂是（）A.纯碱溶液纯碱溶液 B 盐酸盐酸 C 硫酸硫酸 D 氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液练一练练一练B3636