無機(jī)非金屬材料的主角-硅PPT課件

1、第四章 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48.6%硅26.3%鋁7.73%鐵4.75%鈣3.45%鈉2.74%鉀2.47%鎂2.00%氫0.16% 其他1.20%硅26.3%硅的存在與分布硅的存在與分布存在：硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以存在：硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（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, ,其原子其原子既不

2、易失去電子，也不易得到電既不易失去電子，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, ,主要形成主要形成四價化合物四價化合物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)識硅認(rèn)識硅硅有硅有晶體硅晶體硅和和無定形硅無定形硅兩種同素異形體兩種同素異形體11 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、熔點高、硬度大熔點高、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、強堿氫氟酸、氟氣、強堿反應(yīng)。反應(yīng)。加熱情況下，也能

3、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)。一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)與氟氣反應(yīng)：與氟氣反應(yīng)：與氫氟酸反應(yīng)：與氫氟酸反應(yīng)：與強堿溶液反應(yīng)：與強堿溶液反應(yīng)：與氯氣反應(yīng)：與氯氣反應(yīng)：與氧氣反應(yīng)與氧氣反應(yīng)Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2高溫高溫3.硅的工業(yè)制法 ：2C+ SiO2= Si(粗硅)+2CO高溫Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(純硅)+4HCl高溫4.4.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,

4、,是良好的是良好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料鍵材料. .硅太陽能電池硅太陽能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）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)體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。硅芯片 在美國舊金山，有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，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)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計算機(jī)的心臟。 硅在電子工業(yè)中重要作用結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無定形無定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙二、二、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2

5、）1 1、存在、存在: :硅石硅石無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏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氧化硅叫硅石叫硅石。瑪瑙 每每1個個Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合4個個O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個頂角。在四個頂角。 同時每同時每1個個O原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合2個個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數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1，用，用SiO2來表示來表示二氧化硅的組成二氧化硅的組成,表示表示O與與Si的原子個數(shù)比的

6、原子個數(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)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、熔點高、難溶于水硬度大、熔點高、難溶于水3 3、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（1）與強堿反應(yīng)生成鹽和水）與強堿反應(yīng)生成鹽和水（2）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

7、俗稱水玻璃）實驗室盛裝實驗室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞瓶用橡膠塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiOSiO2 2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因塞部分粘結(jié)而無法打開。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: :實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實驗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

8、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。4 4、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)纖維做做無開刀手術(shù)無開刀手術(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 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 狀狀 態(tài)態(tài) 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài)熔沸點熔沸點 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔點高，硬度大熔點高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與與 酸酸 用用 途途人工降雨，滅火人工降雨，滅火,飲料等飲料等裝飾、石英坩堝、裝飾、石英坩堝、光纖光纖與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿性氧化物與堿性氧化

9、物反應(yīng)反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能與氫氟酸反應(yīng)能與氫氟酸反應(yīng)二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較三、硅酸三、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？

10、酸呢？制取原理：強酸制弱酸制取原理：強酸制弱酸現(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)榧t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，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(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。閱讀課本閱讀課本P76并并探究實驗探究實驗4-1Na2SiO3 + 2HCl = 2Na

11、Cl + H2SiO3SiO32- + 2H+ = 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）（能流動），當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形成當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸凝膠硅酸凝膠（不能流（不能流動）動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成，硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠硅膠。硅膠硅膠的用途：的用途：干燥劑（吸水），干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），吸附劑（多孔），催化劑的載體。催化劑的載體。SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3用什么實驗事實能夠證明用什么實驗

12、事實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。（強酸制弱酸）弱。（強酸制弱酸）H2SiO3=H2O+SiO2加熱四、硅酸鹽四、硅酸鹽1、定義：、定義：硅酸鹽是由硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱組成的化合物的總稱 2、性質(zhì)：、性質(zhì)：硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見的硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見的可溶性硅酸鹽是可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，K

13、2SiO33、表示方法：、表示方法：（1）化學(xué)式法：）化學(xué)式法： 適用于簡單的硅酸鹽如：適用于簡單的硅酸鹽如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等。書寫形式：書寫形式：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二氧化硅二氧化硅水。水。氧化物之間用氧化物之間用“”隔開隔開配置原則：配置原則：原子個數(shù)符合原來的組成，出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化原子個數(shù)符合原來的組成，出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化成整數(shù)成整數(shù)（2）氧化物法：）氧化物法：Na2OSiO2 CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物

14、較活潑金屬氧化物SiO2H2O五、硅酸鈉（五、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，其水溶液俗稱水水玻璃，又稱泡花堿玻璃，又稱泡花堿，是一種無色粘稠的液體，是，是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏性很強，可以作黏膠劑和木材防一種礦物膠，黏性很強，可以作黏膠劑和木材防火劑。火劑。閱讀課本閱讀課本P77并并探究實驗探究實驗4-2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)（2）、硅酸鈉化學(xué)性質(zhì)

15、）、硅酸鈉化學(xué)性質(zhì) 硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能燃燒，硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能燃燒， 不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好。不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好。（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、紙張的黏合劑黏合劑和木材、織物的防腐劑及和木材、織物的防腐劑及防火劑防火劑與鹽反應(yīng)與酸反應(yīng)Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(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、

16、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生產(chǎn)原料：石灰石、黏土生產(chǎn)原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）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水水 泥泥生產(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 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫高溫

17、玻玻 璃璃 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)過程：混合生產(chǎn)過程：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、易成型陶陶 瓷瓷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具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì) 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗稱俗稱金剛砂金剛砂），具有金），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