5.3.1 無機(jī)非金屬材料（硅） 課件 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

無機(jī)非金屬材料（硅）第五章

第3節(jié)無機(jī)非金屬材料

Si單質(zhì)硅的存在硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)。硅在自然界中主要以：硅酸鹽（如地殼中的大多數(shù)礦物）氧化物（如水晶、瑪瑙）的形式存在硅在地殼中的含量【第二位】硅單質(zhì)的類型晶體硅：有正四面體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與金剛石結(jié)構(gòu)相似不定形硅：不是嚴(yán)格的正四面體結(jié)構(gòu)，具有不穩(wěn)定性Si性質(zhì)物理性質(zhì)晶體硅是灰黑色、有金屬光澤的固體，結(jié)構(gòu)類似金剛石，熔沸點(diǎn)高、硬度大，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。硅單質(zhì)可用于：太陽能電池、芯片、半導(dǎo)體材料Si的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Si+14842硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑主要形成四價化合物化學(xué)性質(zhì)Si性質(zhì)常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與HF、F2、強(qiáng)堿反應(yīng)與氟氣反應(yīng)：Si+2F2=SiF4與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF=SiF4↑+2H2↑與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑加熱條件下，也能和一些非金屬反應(yīng)與氯氣反應(yīng)：與氧氣反應(yīng)：Si+2Cl2SiCl4Si+O2SiO2與碳反應(yīng)：Si+CSiC高溫Si的制備制備原理：用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)H2還原。SiO2（石英砂）＋2C

========Si（粗）＋2CO↑800～2000℃300℃Si（粗）＋3HCl=====SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2=====Si（純）＋3HCl。1100℃制備方程

SiO2SiO2光纖SiO2物理性質(zhì)：硬度大，熔點(diǎn)高，難溶于水SiO2的結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)每1個Si周圍結(jié)合4個O，Si在中心，O在四個頂角空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)每1個O被2個Si共用Si原子和O原子比例1:2，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成SiO2的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)酸性氧化物與水反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)【SiO2不溶于水，也不與水反應(yīng)】SiO2特性與HF(氫氟酸)反應(yīng)氧化性與C反應(yīng)SiO2的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)(如NaOH)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與堿性氧化物反應(yīng)(如CaO)SiO2+CaOCaSiO3高溫硅酸鈉俗稱泡花堿，其水溶液俗稱“水玻璃”，可作粘合劑、防火劑①、SiO2酸性氧化物通性SiO2的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)②、SiO2的氧化性（弱）SiO2+2CSi+2CO↑高溫工業(yè)制粗硅③、SiO2的特性與HF反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OHF能腐蝕玻璃，因此不能用玻璃瓶裝，需要用塑料瓶HF能腐蝕玻璃，可用于玻璃雕刻SiO2的化學(xué)性質(zhì)思考①、為什么實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液的試劑瓶使用橡膠塞，而不用玻璃塞？②、加熱熔融NaOH時，為什么不能使用陶瓷坩堝，石英坩堝和鋁坩堝，只能使用鐵坩堝？③、SiO2既能與強(qiáng)堿反應(yīng)，又能與HF反應(yīng)，SiO2是兩性氧化物嗎？堿液能與玻璃中SiO2發(fā)生反應(yīng)生成Na2SiO3，導(dǎo)致玻璃塞與瓶口內(nèi)側(cè)粘連陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，能與NaOH反應(yīng)，鋁坩堝的主要成分是氧化鋁，也能與NaOH反應(yīng)。

不是兩性氧化物，SiO2和其他酸不反應(yīng)，只能與HF酸反應(yīng)，且生成的SiF4不是鹽

H2SiO3透明小球是硅酸逐漸聚合而形成的膠體-硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強(qiáng)，常用做實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。硅酸硅酸是一種白色膠狀固體，不溶于水。弱酸性：(酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3)H2SiO3不能使指示劑變色不穩(wěn)定性：受熱易分解硅酸物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)H2SiO3硅酸的制備硅酸的制備制備思路：強(qiáng)酸制弱酸Na2SiO3+2HCl==2NaCl

+H2SiO3(膠體)Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3(膠體)+Na2CO3制備方法：可溶硅酸鹽（例如Na2SiO3)+酸上述反應(yīng)也可以用于比較碳酸和硅酸的酸性強(qiáng)弱硅酸鹽材料——傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥

陶瓷

玻璃

水泥傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料原料：純堿、石灰石、石英砂(主要成分為SiO2),主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料玻璃主要成分：黏土（含水的鋁硅酸鹽）目前，陶瓷仍然在人類的生產(chǎn)和生活中扮演著重要的角色，得到了廣泛應(yīng)用，如用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

主要成分：黏土和石灰石，加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率

水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。陶瓷水泥判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)硅元素在自然界中既有化合態(tài)，又有游離態(tài)。(

)(2)氫氟酸不能用玻璃試劑瓶保存。(

)(3)水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2。(

)(4)光導(dǎo)纖維在強(qiáng)堿性條件下易發(fā)生“斷路”。(

)(5)普通玻璃和水泥的生產(chǎn)原料均含石灰石。(

)×√√√√課后診斷新型無機(jī)非金屬材料新型陶瓷

新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面有很多新的特性和功能。高溫陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷碳化硅（SiC）俗稱金剛砂硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。超導(dǎo)陶瓷新型無機(jī)非金屬材料富勒烯C60石墨烯碳納米管（單壁）碳納米管（多壁）碳納米材料在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)