二氧化硅和硅酸定稿

關(guān)于二氧化硅和硅酸定稿第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角——硅第2頁,共87頁，2024年2月25日，星期天在地殼中硅的含量為26.3%，僅次于氧。硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的90%以上。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主要角色。第3頁,共87頁，2024年2月25日，星期天+14+6CSi

硅原子既不易失去又不易得到電子，主要形成四價的化合物。

硅是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧相互化合的。

存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)畫出硅的原子結(jié)構(gòu)簡圖，分析主要化合價，我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？【思考與交流】第4頁,共87頁，2024年2月25日，星期天你知道硅谷嗎？高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計算機生產(chǎn)的重要基地,位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端。第5頁,共87頁，2024年2月25日，星期天單質(zhì)硅的存在形態(tài)與碳相似，有

和

兩種，結(jié)構(gòu)與

類似，顏色

，狀態(tài)

，熔點

，硬度

，常溫下化學性質(zhì)

。

正四面體一、硅單質(zhì)第6頁,共87頁，2024年2月25日，星期天硅的化學性質(zhì)

常溫下性質(zhì)穩(wěn)定

Si+F2→Si+O2→Si+HF→

Si+NaOH+H2O→·硅的工業(yè)制備：SiO2＋2C=Si＋2CO↑高溫第7頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用途

晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間,是良好的半導體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅太陽能電池電腦的中央處理器（CPU）第8頁,共87頁，2024年2月25日，星期天硅芯片是各種計算機、微電子產(chǎn)品的核心

大規(guī)模集成電路第9頁,共87頁，2024年2月25日，星期天硅芯片生產(chǎn)半導體生產(chǎn)第10頁,共87頁，2024年2月25日，星期天12結(jié)晶形無定形硅石二、二氧化硅地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的_____%,

存在形態(tài)有_______和________兩大類，統(tǒng)稱______。第11頁,共87頁，2024年2月25日，星期天結(jié)晶形（石英晶體）無定形——硅藻土水晶瑪瑙（1）、存在:硅石無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝钏iO2是自然界中沙子、石英的主要成分。結(jié)晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石?，旇?、二氧化硅(SiO2)第12頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

每1個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，Si在中心,O在四個頂角。同時每1個O原子周圍結(jié)合2個Si原子相結(jié)合。二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1，用SiO2來表示二氧化硅的組成,表示O與Si的原子個數(shù)比,不是分子式是化學式。[SiO4]四面體結(jié)構(gòu)

立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學性質(zhì)（2）、結(jié)構(gòu)第13頁,共87頁，2024年2月25日，星期天主要用作石英坩堝、光導纖維、飾品、建筑材料(沙子)（3）、用途第14頁,共87頁，2024年2月25日，星期天光學纖維胃鏡用光導纖維做手術(shù)，不用開刀第15頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1、根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，請你分析以下問題：SiO2具有哪些物理性質(zhì)(從水溶性、硬度、熔點考慮)？化學穩(wěn)定性如何？物理性質(zhì):_____________________________化學穩(wěn)定性:_________________________通常條件下，很穩(wěn)定硬度大、熔點高、難溶于水（4）、性質(zhì)第16頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

用玻璃塞為什么打不開呢？（提示：玻璃含二氧化硅）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O2、NaOH與實驗室里其它試劑瓶有何不同？

生成的Na2SiO3會把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起，所以打不開。【思考與交流】第17頁,共87頁，2024年2月25日，星期天①與強堿反應(yīng)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O②與堿性氧化物反應(yīng)化學性質(zhì)1、具有酸性氧化物的通性SiO2

＋CaOCaSiO3高溫第18頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

能與HF反應(yīng)2、SiO2的特殊性：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O用途：刻蝕玻璃（制作玻璃工藝品）注意：實驗室用塑料瓶來盛裝HF。第19頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用氫氟酸“刻”出的玻璃工藝品第20頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.弱氧化性高溫高溫高溫SiO2+2C=Si+2CO↑4.與某些鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑

此兩個反應(yīng)用于工業(yè)制玻璃第21頁,共87頁，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅化學式化學式的意義通常狀況下的狀態(tài)硬度水溶性熔沸點二氧化硅和二氧化碳的比較CO2SiO2表示二氧化碳分子及其組成表示二氧化硅晶體中硅氧原子個數(shù)比氣態(tài)固態(tài)很小很大可溶于水不溶于水很低很高第22頁,共87頁，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅穩(wěn)定性與水反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與HF反應(yīng)高溫穩(wěn)定很穩(wěn)定CO2+H2O=H2CO3不反應(yīng)CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO=CaSiO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O化學性質(zhì)第23頁,共87頁，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅弱氧化性與碳酸鹽等反應(yīng)高溫

SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑高溫高溫CO2+C=2CO高溫SiO2+2C=Si+2CO↑CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3

CO2+H2O+CaCO3

=Ca（HCO3）2第24頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

二氧化碳

CO2二氧化硅

SiO2

狀態(tài)

氣態(tài)

固態(tài)熔沸點硬度熔沸點很低熔點高，硬度大水溶性

能溶于水不溶于水化學性質(zhì)與酸——

用途人工降雨，滅火,飲料等石英坩堝、光導纖維、飾品、建筑材料(沙子)與水反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2＋CaO=CaSiO3高溫能與氫氟酸反應(yīng)第25頁,共87頁，2024年2月25日，星期天三、硅酸(H2SiO3)【思考與交流】我們知道SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎樣制備H2SiO3呢？可溶性的硅酸鹽和鹽酸反應(yīng)制得溫馨提示：硅酸是難溶于水的弱酸第26頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

在試管中加入3~5mL飽和Na2SiO3溶液，滴入1~2滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺并接近消失時停止。靜置。仔細觀察變化過程及其現(xiàn)象。實驗4-1現(xiàn)象結(jié)論化學方程式Na2SiO3+2HClH2SiO3(膠體)+2NaClNa2SiO3呈堿性；硅酸難溶于水

滴入酚酞溶液呈紅色滴入鹽酸有白色凝膠產(chǎn)生第27頁,共87頁，2024年2月25日，星期天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。實驗：將CO2通入Na2SiO3溶液中現(xiàn)象：透明的硅酸凝膠生成化學方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3

結(jié)論：硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱第28頁,共87頁，2024年2月25日，星期天不穩(wěn)定，受熱易分解SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓

SiO32-+2H+=H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓?

H2SiO3=H2O+SiO2第29頁,共87頁，2024年2月25日，星期天生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠（能流動），當硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸凝膠（不能流動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠。(硅膠的基本成份是二氧化硅)硅酸膠體硅酸凝膠硅酸干凝膠“硅膠”第30頁,共87頁，2024年2月25日，星期天將硅酸凝膠用CoCl2溶液浸泡、干燥活化后制得。因為無水CoCl2為藍色，水合CoCl2·6H2O為紅色，所以根據(jù)變色硅膠由藍變紅可以判斷硅膠的吸水程度。硅膠是一種具有物理吸附作用的吸附劑，可以再生反復(fù)使用。第31頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解?H2SiO3==H2O+SiO2①弱酸性（酸性比碳酸弱），不使指示劑變色（1）、硅酸的性質(zhì)白色固體，不溶于水小結(jié)第32頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（2）、用途：干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），催化劑的載體?！醯?3頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1、加熱熔融燒堿時應(yīng)使用下列哪種坩堝（）A.石英坩堝B.普通玻璃坩堝C.鐵坩堝D.氧化鋁坩堝C學以致用第34頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2、要除去SiO2中的CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是（）

A.純堿溶液B鹽酸

C硫酸D苛性鈉溶液B1、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來盛裝的是()A.燒堿溶液B.濃硫酸

C.氫氟酸D.碳酸鈉溶液C學以致用第35頁,共87頁，2024年2月25日，星期天硅酸鹽第36頁,共87頁，2024年2月25日，星期天四、硅酸鹽

硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，沒有固定的酸根。

硅酸鹽種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成各異，通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。

硅酸鹽大多不溶于水，化學性質(zhì)穩(wěn)定。第37頁,共87頁，2024年2月25日，星期天Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2K2O·Al2O3·6SiO2CaO·Na2O·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O1.硅酸鹽組成表示第38頁,共87頁，2024年2月25日，星期天白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，無色粘稠的液體，是一種礦物膠物理性質(zhì)2.硅酸鈉（Na2SiO3）第39頁,共87頁，2024年2月25日，星期天③與鹽反應(yīng)①與酸反應(yīng)Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaCl化學性質(zhì)②與堿反應(yīng)Ca(OH)2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaOH第40頁,共87頁，2024年2月25日，星期天現(xiàn)象結(jié)論水份蒸發(fā)后燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后，失去防火作用防火效果好用作防火劑實驗4-2放入蒸餾水放入Na2SiO3溶液化學性質(zhì)化學性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好第41頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用途可以作制備硅膠的原料，還可以用做建筑、紙張的黏合劑和木材、織物的防腐劑及防火劑第42頁,共87頁，2024年2月25日，星期天無機非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃4.硅酸鹽材料用含硅物質(zhì)作原料經(jīng)加熱制成硅酸鹽材料。第43頁,共87頁，2024年2月25日，星期天材料(組成)金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料：光導纖維、新型陶瓷硅酸鹽材料：玻璃、陶瓷(土器、陶器、炻器、瓷器)、水泥傳統(tǒng)無機非金屬材料:材料的分類第44頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（一）、玻璃1、玻璃生產(chǎn)問題：玻璃生產(chǎn)的主要原料、主要設(shè)備、反應(yīng)原理分別是什么？第45頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（3）反應(yīng)原理（2）生產(chǎn)設(shè)備玻璃熔爐（1）生產(chǎn)原料純堿Na2CO3石灰石CaCO3石英SiO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高溫

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高溫第46頁,共87頁，2024年2月25日，星期天玻璃熔爐第47頁,共87頁，2024年2月25日，星期天[設(shè)問]這兩個反應(yīng)是否違反了復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律？復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律僅適用于溶液，不能套用于高溫條件下的反應(yīng)。Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高溫

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高溫第48頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2、普通玻璃的主要成分

Na2SiO3、CaSiO3、SiO23、玻璃的特點不是晶體、沒有固定的熔點第49頁,共87頁，2024年2月25日，星期天幾種常見玻璃簡介普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色藍玻璃紅玻璃化學儀器玻璃如試管等光學儀器玻璃如放大鏡鋼化玻璃光纖玻璃光導纖維：1964年8月華裔科學家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導線，被譽為“纖維光學之父”。比頭發(fā)絲還細的一對光導纖維上同時傳送3萬門電話且中繼距離長達20——50Km，保密性能好。

在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。

把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機械強度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。第50頁,共87頁，2024年2月25日，星期天4、幾種玻璃的特性和用途（1）普通玻璃特性：在較低溫度下軟化。用途：制造玻璃窗、玻璃瓶、玻璃杯等玻璃器皿第51頁,共87頁，2024年2月25日，星期天特性：膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強度大、濾光。用途：可制造化學儀器;高壓水銀燈,紫外燈的燈殼等。（2）石英玻璃 石英玻璃坩堝第52頁,共87頁，2024年2月25日，星期天特性：透光性能好、有折光和色散性。用途：可制造眼鏡片、照相機、顯微

鏡、望遠鏡等光學儀器。（3）光學玻璃第53頁,共87頁，2024年2月25日，星期天特性：耐腐蝕、不怕燒、不導電、

不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀。用途：制造太空飛行員的衣服、玻璃鋼等。（4）玻璃纖維玻璃纖維布玻璃纖維絲第54頁,共87頁，2024年2月25日，星期天特性：耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震。用途：制造運動器材，微波通訊，汽車、火車玻璃窗。（4）鋼化玻璃第55頁,共87頁，2024年2月25日，星期天洛陽藍地鋼化玻璃廠第56頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（二）陶瓷：以粘土（Al2O3.2SiO2.2H2O）為主要原料以及各種天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料以及各種制品第57頁,共87頁，2024年2月25日，星期天餐具、茶具、缸，壇、盆、罐、盤、碟、碗日用陶瓷瓷器欣賞第58頁,共87頁，2024年2月25日，星期天花瓶、雕塑品、園林陶瓷、器皿、陳設(shè)品工藝陶瓷第59頁,共87頁，2024年2月25日，星期天工業(yè)陶瓷建筑一衛(wèi)生陶瓷：如磚瓦，排水管、面磚，外墻磚，衛(wèi)生潔具等第60頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用于各種化學工業(yè)的耐酸容器、管道，塔、泵、閥以及搪砌反應(yīng)鍋的耐酸磚、灰等；化工陶瓷第61頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用于電力工業(yè)高低壓輸電線路上的絕緣子。電機用套管，支柱絕緣子、低壓電器和照明用絕緣子，以及電訊用絕緣子，無線電用絕緣子等；電瓷第62頁,共87頁，2024年2月25日，星期天用于各種現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學技術(shù)的特種陶瓷制品，有高鋁氧質(zhì)瓷、鎂石質(zhì)瓷、鈦鎂石質(zhì)瓷、鋯英石質(zhì)瓷、鋰質(zhì)瓷、以及磁性瓷、金屬陶瓷等。特種陶瓷第63頁,共87頁，2024年2月25日，星期天由陶瓷硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成的結(jié)構(gòu)材料。從金屬陶瓷英文單詞Cermets來，是由Ceramic（陶瓷）和Metal（金屬）結(jié)合構(gòu)成的。金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定性等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性。第64頁,共87頁，2024年2月25日，星期天金屬陶瓷：第65頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（三）、水泥1、水泥的特性水硬性2、水泥生產(chǎn)思考問題：生產(chǎn)水泥的主要原料、主要設(shè)備。第66頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（1）生產(chǎn)原料石灰石黏土少量的石膏（2）生產(chǎn)設(shè)備

水泥回轉(zhuǎn)窯（3）石膏的作用調(diào)節(jié)水泥硬化速率

第67頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3、普通水泥的主要成分硅酸三鈣3CaO·SiO2硅酸二鈣2CaO·SiO2

鋁酸三鈣3CaO·Al2O3

第69頁,共87頁，2024年2月25日，星期天4、幾種常見的水泥制品名稱水泥砂漿混凝土鋼筋混凝土原料水泥沙子水用途建筑粘合劑水泥沙子碎石水建造廠房鋼筋混凝土建造高樓橋梁水壩第70頁,共87頁，2024年2月25日，星期天混凝土輸送車1、運輸混凝土的車輛為什么在不斷的旋轉(zhuǎn)？第71頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

2、用水泥可以筑成水庫的大壩，這說明水泥的什么性質(zhì)？水庫大壩第72頁,共87頁，2024年2月25日，星期天思考題對照三種硅酸鹽工業(yè)，總結(jié)硅酸鹽工業(yè)的共同特點？（1）生成物都是硅酸鹽；（2）原料都是含硅物質(zhì)；（3）反應(yīng)條件都是高溫；（4）反應(yīng)原理都是發(fā)生了復(fù)雜的物理、化學變化。第73頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1、硅酸鹽材料：水泥、玻璃、陶瓷等。2、水泥、玻璃、陶瓷的原料和主要成分水泥主要成分：3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3玻璃主要成分：Na2SiO3CaSiO3SiO2

3、制造玻璃的兩個主要反應(yīng)的化學方程式小結(jié)Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高溫

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高溫第74頁,共87頁，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)與新型無機非金屬材料特性對比材料特性種類傳統(tǒng)無機非金屬材料抗腐蝕，耐高溫質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊普通玻璃普通水泥粘土陶瓷新型無機非金屬材料耐高溫、高強度具有電學特性具有光學特性具有生物特性高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：氧化鋁陶瓷（人造剛玉）氮化硅陶瓷光導纖維（SiO2）

第75頁,共87頁，2024年2月25日，星期天氧化鋁陶瓷氮化硅陶瓷光導纖維Si3N4Al2O3SiO2新型無機非金屬材料

第76頁,共