第四章《第一節(jié) 無機非金屬材料的主角硅》共兩課時(全)PPT

1、第四章 非金屬及其化合物第一課時硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的占地殼總量的90%90%以上。以上。 1.存在存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)沒有游離態(tài)，只有化合態(tài) 分布：自然界中分布廣泛，在地殼分布：自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于氧。是構成礦中居第二位，僅

2、次于氧。是構成礦物和巖石的基本物和巖石的基本 元素。元素。一、硅單質一、硅單質 思考思考1：硅原子最外層電子數(shù)是多：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層少？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？電子數(shù)與它相同？SiSi最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價？：碳、硅原子主要顯幾價？+142 8 4HF ，F(xiàn)2 和和強堿強堿反反應應Si+ 2F2 = SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2(2).加熱條件下可與Cl2、 C等反應 Si+2Cl2=SiCl4太陽能電池大規(guī)模集

3、成電路硅的用途非常廣泛，可用來硅的用途非常廣泛，可用來制造集制造集成電路、晶體管、成電路、晶體管、硅整流器硅整流器等半導等半導體器件，體器件，還可以還可以制太陽能電池，制太陽能電池，制制鋁合金、鐵合金等鋁合金、鐵合金等多種合金。多種合金。硅硅芯芯片片 在美國舊金山，有個最大的高在美國舊金山，有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機發(fā)展的它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。起著非常重要作用。以硅為基礎而以硅為基礎而制成的晶體管是計算機的心臟。制成的晶體管是計算機的心臟。 硅在

4、硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中重要作用中重要作用6.硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法 ： 粗硅粗硅：2C+ SiO2= Si+2CO純硅：純硅：Si+2Cl2=SiCl4加熱加熱SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫高溫高溫二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅礦山二、二氧化硅二、二氧化硅二氧化硅的存在二氧化硅的存在硅石硅石( (天然天然) )無定形無定形（硅硅藻土、沙子藻土、沙子）結晶形（結晶形（石石英、英、 水晶、水晶、瑪瑙瑪瑙）二、二氧化硅二、二氧化硅水晶水晶瑪瑪 瑙瑙瑪瑙瑪瑙SiO二氧化硅的結構二氧化硅的結構.SiO2原子晶體原子晶體SiOSiO2是是正四面體正四面體的空間網(wǎng)狀結構，因此性質很穩(wěn)定。每

5、的空間網(wǎng)狀結構，因此性質很穩(wěn)定。每個個Si周圍有周圍有4 4個個O原子，每個原子，每個O周圍有周圍有2 2個個Si原子原子 4.化學性質化學性質不能與水反應（與不能與水反應（與不同）不同） SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高溫高溫 是酸性氧化物是酸性氧化物（與堿、堿性氧化物反應）與堿、堿性氧化物反應） SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O弱的氧化性弱的氧化性 SiO2+2C= Si+2CO高溫高溫實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶, , 細口磨口塞玻璃瓶細口磨口塞玻璃瓶廣口瓶廣口瓶細口橡皮塞玻璃瓶細口橡皮塞玻璃瓶棕色廣口瓶棕色廣

6、口瓶細口塑料瓶，細口塑料瓶，如何存放下列藥品如何存放下列藥品? ?依據(jù)是什么依據(jù)是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液c.硝酸銀晶體硝酸銀晶體_ d._ d.氫氟酸氫氟酸_ _e.e.濃硫酸濃硫酸_二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性質熔沸點高、硬度大 熔沸點低硬度小與水反應 不反應CO2+H2O=H2CO3與堿反應SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O與堿性氧化物反應SiO2+CaO= Ca SiO3CO2+Na2O= Na2CO3與酸反應SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反應與碳反應SiO2+2C=

7、 Si+2COCO2+C= 2CO高溫高溫高溫高溫高溫高溫5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途由于由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學性能加上具有優(yōu)良的物理化學性能加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應用。類廣泛地應用。光學纖維胃鏡光學纖維胃鏡 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、瑪瑙石英、瑪瑙二氧化硅用來制光導纖維二氧化硅用來制光導纖維 光導纖維就是比頭發(fā)絲還細的、能傳導光信號的玻璃絲。光導纖維就是比頭發(fā)絲還細的、能傳導光信號的玻璃絲。制造光導纖維的材料就是二氧化硅。光導纖維主要用于制造光導纖維的材料就是二氧化硅。光導纖維主要用于通訊、

8、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點就是通信容量大，通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點就是通信容量大，一對光纖上可同時傳送一對光纖上可同時傳送3 3萬門電話。萬門電話。 作業(yè)：練習冊 54/1、2、3、4、5、6、7 55/1、2、3、5、6、7、12、 56/15、16、17、1.物理性質：白色膠狀物，在水中溶解度很小， 常形成膠體2.用途：常用作干燥劑，催化劑的載體 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱為成干膠，稱為“硅膠硅膠”。 干燥硅膠干燥硅膠 濕硅膠濕硅膠3.原理：強酸制弱酸原理：強酸制弱酸 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3現(xiàn)象加酚酞后溶液變紅，加后紅色逐

9、漸加酚酞后溶液變紅，加后紅色逐漸消失，同時產(chǎn)生白色膠狀物消失，同時產(chǎn)生白色膠狀物結論Na2SiO3顯堿性，可與HCl反應方程式Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO34. 加熱加熱 H2SiO3 = H2O+SiO2 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3 Na2SiO3 +H2O +CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 結論結論：酸性：酸性:HClH2CO3 H2SiO3 向Na2SiO3中通入過量CO2的化學方程式Na2SiO3+2H2O+2CO2 = 2NaHCO3 +H2SiO31、下列各組物質有關性質關系、下列各組物質有關性質關系的比較，正確的是（的比

10、較，正確的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔點：熔點：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質中、下列物質中,不能用玻璃瓶來不能用玻璃瓶來盛裝的是（盛裝的是（ ）A.燒堿溶液燒堿溶液 B.濃硫酸濃硫酸 C.氫氟酸氫氟酸 D.碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO雜質，雜質，最適宜的試劑是（最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液純堿溶液 B 鹽酸鹽酸 C 硫酸硫酸 D 苛性鈉溶液苛性鈉溶液B四、硅酸鹽四、硅酸鹽Na2SiO3、K2SiO3 （NH4）2SiO3 3.硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的表示方法： 化學式法：

11、化學式法：氧化物法：氧化物法：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物+較活潑金較活潑金屬氧化物屬氧化物+SiO2+H2O硅酸鈉硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣硅酸鈣： CaO SiO2高嶺石：高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3 2SiO2 2H2O鎂橄欖石：鎂橄欖石：Mg2SiO4 2MgO SiO2 鈣長石：鈣長石：CaAl2Si2O8 CaO Al2O3 2SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2 (2).硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用

12、作用作關于硅酸鹽說明：關于硅酸鹽說明：1.1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.2.硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗稱稱泡花堿泡花堿；它的水溶液俗稱；它的水溶液俗稱水玻璃水玻璃，是一，是一種粘合劑；種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：硅酸和二氧化硅的制備： 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡膠塞要用橡膠塞 較強酸和可溶性硅酸鹽反應制硅酸較強酸和可溶性硅酸鹽反應制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO =

13、 H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常溫分解受熱分解四、硅酸鹽工業(yè)四、硅酸鹽工業(yè) 水泥是一種非常重要的建筑材料。水泥是一種非常重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。產(chǎn)品 陶瓷玻璃 水泥原料粘土石英 純堿 石灰石粘土 石灰石設備 玻璃熔爐 水泥回轉窯反應原理復雜的物理化學過程復雜的物理化學過程主要成分或者或者Na2 O CaO 6SiO2(3CaOSiO2)(2CaOSiO2) (3CaOAl2O3)特性水硬性(1)生產(chǎn)過程：兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成

14、細粉硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaOAl2O3) (2)普通硅酸鹽水泥的成分： 1 、水泥 (4)(4)混凝土：混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 (3)(3)水泥砂漿水泥砂漿: :水泥、沙子和水的混合水泥、沙子和水的混合物物 建筑黏合劑。建筑黏合劑。2、玻璃：生產(chǎn)過程： 純堿、石灰石和石英。純堿、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2OCaO6

15、SiO2玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內軟化。 玻璃的性能：3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱。瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?我國素有“瓷都”之稱的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)傳統(tǒng)無機非金屬材料無機非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型新型無機非金屬材料：無機非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結構陶瓷、壓電陶瓷高溫結構陶瓷、壓電

16、陶瓷透明陶瓷、超導陶瓷等透明陶瓷、超導陶瓷等新型無機非金屬材料：1、新型無機非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強度高； （2）具有電學性質； （3）具有光學性質； （4）具有生物功能；2 2、結構材料、結構材料高溫結構陶瓷：高溫結構陶瓷：(1)(1)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 高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的。高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長達1萬小時2萬小時，比高壓汞燈壽命長2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長的燈。透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在19501950年就得以解決，由于沒有一年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（種能抵御高溫鈉蒸氣（14001400）強烈腐蝕的特殊材料，所以，直強烈腐蝕的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。1.下列物質中屬于純凈物的是下列物質中屬于純凈物的是( ) A.Na2CO310H