第四章第一節(jié) 無機非金屬材料的主角——硅

1、無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅美國的硅谷美國的硅谷“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計算是美國電子和計算機工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，機工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長公里，寬公里圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長公里，寬公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界的長條形地帶上。由于它集中了全世界0 0以上的著名半導(dǎo)以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅硅谷谷”。 硅谷 silicon valley硅元素硅元素(s

2、ilicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量 在地殼中硅的含量為在地殼中硅的含量為26.3%26.3%，僅次于氧。硅的氧化物及硅，僅次于氧。硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量酸鹽夠成了地殼大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的的90%90%以上。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主要角色。以上。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主要角色。錦繡中華錦繡中華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？正四價（正四價（+4+4價）價） 碳、硅都是親氧元素。硅的親氧性強于碳的親氧

3、性。碳、硅都是親氧元素。硅的親氧性強于碳的親氧性。 硅元素在自然界都是與氧的化合物的形態(tài)存在。硅元素在自然界都是與氧的化合物的形態(tài)存在。思考思考1 1：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電子數(shù)與它相同？層電子數(shù)與它相同？思考思考3 3：比較碳、硅親合氧的能力。比較碳、硅親合氧的能力。12結(jié)晶形無定形硅石二氧化硅的存在二氧化硅的存在天然二氧化硅天然二氧化硅 （硅石）（硅石）結(jié)晶形：結(jié)晶形：SiO2無定形：硅藻土無定形：硅藻土沙子沙子石英石英水晶水晶瑪瑙瑪瑙晶體晶體二氧化硅二氧化硅無定形無定形二氧化硅二氧化硅晶晶其性質(zhì)主要與結(jié)構(gòu)有

4、關(guān)：其性質(zhì)主要與結(jié)構(gòu)有關(guān)：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)SiO2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)正四面體正四面體 空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 硅氧原子比例：硅氧原子比例：1 : 2 1 : 2 沒有沒有SiOSiO2 2 分子存在，分子存在，只存在硅氧原子只存在硅氧原子二氧化硅的用途二氧化硅的用途由于由于SiOSiO2 2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SiOSiO2 2在自然在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。（1）裝飾品）裝飾品（2）石英坩堝）石英坩堝（3）光導(dǎo)纖維）光導(dǎo)纖維二氧化硅的用途二氧化硅的用途二氧化硅的用途

5、二氧化硅的用途 透過圖片思考透過圖片思考: :二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)? ? 化學穩(wěn)定性如何化學穩(wěn)定性如何? ? 你的根據(jù)是什么你的根據(jù)是什么? ?SiOSiO2 2的這些性質(zhì)是由什么決定的？的這些性質(zhì)是由什么決定的？不溶于水，熔沸點高，硬度大不溶于水，熔沸點高，硬度大。1 1、物理性質(zhì)：、物理性質(zhì)：思考：思考：實驗室盛裝實驗室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶用橡皮溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？明確：防止玻璃中的明確：防止玻璃中的SiOSiO2 2與與NaOHNaOH溶液反應(yīng)生成粘溶液反應(yīng)生成粘稠的稠的NaNa2 2S

6、iOSiO3 3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。（2 2）不能與水反應(yīng)）不能與水反應(yīng) SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O高溫高溫（1 1）酸性氧化物）酸性氧化物2 2、化學性質(zhì)、化學性質(zhì)2 2、化學性質(zhì)、化學性質(zhì)（3 3）特性：（與氫氟酸反應(yīng)）特性：（與氫氟酸反應(yīng)）（用于雕刻玻璃）（用于雕刻玻璃）（用于工業(yè)制粗硅，這就是（用于工業(yè)制粗硅，這就是“從沙灘到用戶從沙灘到用戶”）高溫高溫（4 4）弱氧化性）弱氧化性隨堂練習隨堂練習二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 狀狀 態(tài)態(tài)物理性質(zhì)物理性質(zhì)化化學學性性質(zhì)質(zhì)與水與水與堿與堿與堿與堿性氧性氧化物化物與酸與酸 用用 途

7、途二氧化碳和二氧化硅的物理化學性質(zhì)及用途比較二氧化碳和二氧化硅的物理化學性質(zhì)及用途比較CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)不反應(yīng) = 固固 態(tài)態(tài)熔沸點低熔沸點低氣氣 態(tài)態(tài)熔沸點高、硬度大熔沸點高、硬度大人工降雨，滅火等人工降雨，滅火等 裝飾、石英坩堝、光纖等裝飾、石英坩堝、光纖等高溫高溫SiO2+CaO=CaSiO3 無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅探究實驗探究實驗4-13-5 mL硅酸鈉溶液硅酸鈉溶液1-2滴酚酞滴酚酞稀鹽酸稀鹽酸先先后后二、硅酸二、硅酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論化學方化學方程式

8、程式離子方離子方程式程式SiO32- + 2H+ = H2SiO3Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3a.Na2SiO3溶液呈堿性溶液呈堿性;b.可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸；可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸；c.先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠;d.靜置則形成硅酸沉淀。靜置則形成硅酸沉淀。滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變滴入酚酞后溶液變?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。淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生。問題問題1 1：怎樣以石英怎樣以石英(SiO(SiO2 2) )為主要

9、原料制取硅酸？為主要原料制取硅酸？ 硅酸的酸性比鹽酸弱，那么硅酸酸性與碳酸相比較如何硅酸的酸性比鹽酸弱，那么硅酸酸性與碳酸相比較如何呢？請你設(shè)計一個實驗論證你的推斷。呢？請你設(shè)計一個實驗論證你的推斷。問題問題2 2：可溶性硅酸鹽與可溶性硅酸鹽與COCO2 2反應(yīng)生成不溶于水的硅酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸NaNa2 2SiOSiO3 3 + CO + CO2 2+H+H2 2O = NaO = Na2 2COCO3 3 + H + H2 2SiOSiO3 3結(jié)論：酸性 H H2 2SiOSiO3 3H H2 2COCO3 3 生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸生成的硅酸逐漸聚合

10、而形成硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為干膠，稱為“硅膠硅膠”。常常用做干燥劑。常常用做干燥劑。硅酸的用途硅酸的用途本節(jié)課學習了哪些知識和學習方法？本節(jié)課學習了哪些知識和學習方法？通過本節(jié)課的學習你有哪些收獲或感想？通過本節(jié)課的學習你有哪些收獲或感想？不溶于水、極弱酸不溶于水、極弱酸( (酸性比碳酸還弱）酸性比碳酸還弱）制法：制法：SiOSiO3 32-2- + 2H + 2H+ += H= H2 2SiOSiO3 3SiOSiO3 32-2- + H + H2 2O +COO +CO2 2 =H =H2 2SiOSiO3 3+ CO+ CO3 32-2-H H2 2SiOSiO3 3+

11、2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O性質(zhì)：性質(zhì)：一、一、SiOSiO2 2結(jié)構(gòu)特點物理性質(zhì)化學性質(zhì)用 途二、二、H H2 2SiOSiO3 3物理性質(zhì)化學性質(zhì)用 途實驗室制法無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅 硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱；硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多數(shù)不溶于水，化學性質(zhì)穩(wěn)定。1、硅酸鹽思考思考: :看書學習如何將硅酸鹽用氧化物的形式表示？看書學習如何將硅酸鹽用氧化物的形式表示？結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，通常用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成。例如：組

12、成。例如：NaNa2 2SiOSiO3 3 : : Na2O SiO2 CaSiOCaSiO3 3 : : Ca2O SiO2 l要領(lǐng)：各元素寫成相應(yīng)的氧化物，要領(lǐng)：各元素寫成相應(yīng)的氧化物， 化合價不變，元素守恒化合價不變，元素守恒l格式：金屬氧化物、二氧化硅、水格式：金屬氧化物、二氧化硅、水 ( (各氧化物前系數(shù)為最簡整數(shù)比各氧化物前系數(shù)為最簡整數(shù)比) )l順序：金屬按活動順序表順序：金屬按活動順序表用氧化物形式表示下列硅酸鹽：用氧化物形式表示下列硅酸鹽：1.1.蛇紋石：蛇紋石：H H4 4MgMg3 3SiSi2 2O O9 9 2.2.鈣長石：鈣長石：CaAlCaAl2 2SiOSiO6

13、 6 3.3.石棉：石棉：CaMgCaMg3 3SiSi4 4O O1212 4.4.長石：長石：KAlSiKAlSi3 3O O8 85.5.普通玻璃：普通玻璃：CaNaCaNa2 2SiSi6 6O O1414 1.3MgO2SiO22H2O 2.CaOAl2O3SiO2 3.CaO3MgO4SiO2 4.K2OAl2O36SiO2 5.CaONa2O6SiO2 三、硅酸鹽三、硅酸鹽硅酸鹽的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，一般都不溶于水。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，一般都不溶于水。1. 1. 硅酸鈉硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3）溶于水，其水溶液俗稱為水玻璃，可溶于水，其水溶液俗稱為水玻璃，可制備硅膠、木材

14、防火劑等。制備硅膠、木材防火劑等。實驗探究實驗探究2 2 取兩條一樣的干燥布條，分別放入蒸餾水和硅酸鈉飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干后，分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結(jié)論燃燒無明火，不燃燒Na2SiO3不易燃燒，可作防火劑無機非金屬材料無機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3. 硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品簡介硅酸鹽產(chǎn)品簡介硅酸鹽產(chǎn)品水泥 陶瓷玻璃制造原料黏土、石灰石、石膏黏土、石英砂純堿、石灰石、石英主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窖玻璃窖生產(chǎn)條件高溫煅燒高溫燒結(jié)高溫熔融主要成分硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣復(fù)雜，主要是硅酸鹽硅酸鈉

15、、硅酸鈣、二氧化硅生產(chǎn)共同點都在高溫下，發(fā)生了復(fù)雜的物理和化學變化，原料都有含硅的物質(zhì)，產(chǎn)品都含有硅酸鹽，且都是混合物。種種 類類特特 性性用用 途途普通玻璃普通玻璃在較高溫度下易軟化在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強度大，濾光強度大，濾光化學儀器；高壓水銀燈、化學儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)纖維、壓電晶體等纖維、壓電晶體等光學玻璃光學玻璃透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和色散性色散性眼鏡片；照相機、顯微眼鏡片；照相機、顯微鏡、望遠鏡用凹凸透鏡鏡、望遠鏡用凹凸透鏡等光學

16、儀器等光學儀器玻璃纖維玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、太空飛行員的衣服、玻璃鋼等玻璃鋼等鋼化玻璃鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震裂大、質(zhì)輕、抗震裂運動器材；微波通訊器材運動器材；微波通訊器材;汽車、火車窗玻璃等汽車、火車窗玻璃等幾種特種玻璃幾種特種玻璃景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)名瓷之一的粉彩瓷享有盛譽的中國古代陶瓷享有盛譽的中國古代陶瓷特殊功能含硅物質(zhì)碳化硅硅鋼硅橡膠分子篩性能硬度很大很高的導(dǎo)磁性耐高低溫，彈性好均有微孔結(jié)構(gòu)用途砂紙、砂輪磨料變壓器鐵芯做零件、絕緣材料吸附劑、催化劑傳統(tǒng)無

17、機非金屬材料：傳統(tǒng)無機非金屬材料： 陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型無機非金屬材料：新型無機非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷生生 物物 陶陶 瓷瓷 應(yīng)應(yīng) 用用4、硅單質(zhì)、硅單質(zhì)（1） 存在：存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種。硅有晶體硅和無定形硅兩種。（2） 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點熔點(1410)和沸點都很高，硬度大。和沸點都很高，硬度大。(3)化學性質(zhì)：化學性質(zhì)：常溫下硅單質(zhì)的化學性質(zhì)不活潑常溫下硅單質(zhì)的化學性質(zhì)不活潑導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。Si + O2 = SiO2(4)用途用途電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPUCPU）硅太陽能電池硅太陽能電池晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間,是良是良好的