[C課件]41無機(jī)非金屬材料的主角-硅課件5

1、第一節(jié)第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)非金屬材料的主角硅硅一、硅元素在自然界的存在和含量一、硅元素在自然界的存在和含量3 3、存在形式、存在形式1 1、地殼中的含量、地殼中的含量僅次于氧僅次于氧 化合態(tài)：硅的氧化物和化合態(tài)：硅的氧化物和硅酸鹽硅酸鹽2 2、存在、存在巖石、沙子、土壤巖石、沙子、土壤二、硅原子的結(jié)構(gòu)二、硅原子的結(jié)構(gòu) 1 1、畫出、畫出C C、SiSi的原子結(jié)構(gòu)簡圖，并由此分析：硅的化的原子結(jié)構(gòu)簡圖，并由此分析：硅的化學(xué)性質(zhì)為什么活不活潑？硅的化合價主要是多少？學(xué)性質(zhì)為什么活不活潑？硅的化合價主要是多少？ 2 2、在自然界中有大量游離態(tài)的碳，但卻沒有硅，這、在自然界中有大量游離態(tài)的

2、碳，但卻沒有硅，這說明了什么？說明了什么？思考與交流 SiSi原子最外層有四個電子原子最外層有四個電子, ,既不易失電子既不易失電子, ,也不易得電子也不易得電子, ,所以所以, ,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。主硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。主要形成四價的化合物。要形成四價的化合物。 原子結(jié)構(gòu)示意圖原子結(jié)構(gòu)示意圖 在自然界中的存在在自然界中的存在 碳碳 硅硅主要形成石灰?guī)r和碳酸鹽；其主要形成石灰?guī)r和碳酸鹽；其氧化物二氧化碳通常以分子形氧化物二氧化碳通常以分子形式存在于大氣中。自然界中有式存在于大氣中。自然界中有穩(wěn)定的單質(zhì)穩(wěn)定的單質(zhì)是一種親氧元素，主要以熔點(diǎn)是一種親氧元素，主要以熔點(diǎn)很高的氧化物及硅酸鹽的形式很高

3、的氧化物及硅酸鹽的形式存在存在。 C +6 2 4Si +14 2 8 4思考與討論思考與討論1: SiO1: SiO2 2是不是兩性氧化物？是不是兩性氧化物？三、二氧化硅三、二氧化硅1、存在、存在硅石（結(jié)晶形、無定形）：石英、水晶、瑪瑙、硅藻土硅石（結(jié)晶形、無定形）：石英、水晶、瑪瑙、硅藻土2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10928約約180SiO3、物理性質(zhì)、物理性質(zhì)難溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大難溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大4、化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì) 酸性氧化物（類比酸性氧化物（類比CO2） 特性（與特性（與HF酸反應(yīng)）酸反應(yīng)）SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

4、弱氧化性弱氧化性 SiO2+2C = Si+2CO高溫高溫 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

5、質(zhì)化學(xué)性質(zhì)2 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)CO2SiO2SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OCOCO2 2+CaO=CaCO+CaO=CaCO3 3SiOSiO2 2+CaO +CaO 高溫高溫CaSiOCaSiO3 3與與NaOHNaOH反應(yīng)反應(yīng)與與CaOCaO反應(yīng)反應(yīng)與與CaOCaO反應(yīng)反應(yīng)COCO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O與與NaOHNaOH反應(yīng)反應(yīng)COCO2 2+H+H2 2O = HO = H2 2COCO3 3與與H H2 2O O反應(yīng)反應(yīng)與與H H2 2O O反

6、應(yīng)反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)思考與討論思考與討論2:2:實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶為什么用溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？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，使瓶塞，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝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。5 5、用途、用途裝飾品裝飾品石英坩堝石英坩堝光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維石英手表石英手表光學(xué)儀器光學(xué)儀器耐磨器皿耐磨器皿精密儀器軸承精密儀器軸承四、硅酸四、硅酸探究步驟探

7、究步驟觀察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象探究結(jié)論探究結(jié)論實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1：向試管中加入向試管中加入3-5mlNaSiO3溶液，滴入溶液，滴入1-2滴酚酞，再用膠頭滴滴酚酞，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺邊振蕩，至溶液紅色變淺至接近消失時停止。靜置。至接近消失時停止。靜置。觀察變化過程中的現(xiàn)象。觀察變化過程中的現(xiàn)象。思考與討論思考與討論3:3:二氧化硅難溶于水，如何制得硅酸？二氧化硅難溶于水，如何制得硅酸？ 滴入酚滴入酚酞溶液呈酞溶液呈紅色，滴紅色，滴入鹽酸有入鹽酸有透明的硅透明的硅酸凝膠產(chǎn)酸凝膠產(chǎn)生生 Na2SiO3溶液呈溶液呈堿性，生成的堿性，生成的硅酸可聚合形硅酸

8、可聚合形成膠體溶液，成膠體溶液，濃度增大時形濃度增大時形成軟而透明的成軟而透明的硅酸凝膠。硅酸凝膠。 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3（膠體膠體）+2NaCl1、制法、制法Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO42、性質(zhì)、性質(zhì) 白色膠狀固體，難溶于水白色膠狀固體，難溶于水 弱酸性：不能使指示劑變色（酸性弱酸性：不能使指示劑變色（酸性 H2SiO3 H2CO3） 脫水形成脫水形成“硅膠硅膠”Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3+ Na2CO3思考與討論思考與討論4:4:如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二者酸性強(qiáng)弱？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二者酸性強(qiáng)弱？ 不穩(wěn)定性：不穩(wěn)定性

9、：H2SiO3 SiO2 + H2OH4SiO4 = H2SiO3+H2O 干燥劑干燥劑吸附劑吸附劑催化劑的載體催化劑的載體3、用途（硅膠）、用途（硅膠）第一節(jié)第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)非金屬材料的主角硅硅五、硅酸鹽五、硅酸鹽1、定義：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。、定義：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。2、性質(zhì)：大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。、性質(zhì)：大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?；顫娊饘傺趸锘顫娊饘傺趸?+ 不活潑金屬氧化物不活潑金屬氧化物 + 二氧化硅二氧化硅 + 水水3、表示方法：（、表示方法：（P77 資料卡片）資料卡片）4、硅酸鈉、硅酸鈉 Na2SiO3探究步驟探究步驟觀

10、察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象探究結(jié)論探究結(jié)論 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-2：取兩個小木條，：取兩個小木條，分別放入蒸餾水和分別放入蒸餾水和Na2SiO3 溶液中浸透，取溶液中浸透，取出在酒精燈外焰加熱，觀出在酒精燈外焰加熱，觀察現(xiàn)象。察現(xiàn)象。放入水中的木放入水中的木條水分蒸發(fā)后條水分蒸發(fā)后燃燒，放入燃燒，放入 Na2SiO3中的不中的不燃燒燃燒Na2SiO3不易燃燒，不易燃燒，可作防火可作防火劑劑 K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：a 與酸反應(yīng)：與酸反應(yīng)：Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3b 與鹽反應(yīng)：與鹽反應(yīng)：Na2SiO3 + Ca

11、Cl2 = 2NaCl + CaSiO3思考與討論思考與討論5: 5: Na2SiO3溶液在空氣中久置會出現(xiàn)什么溶液在空氣中久置會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？原因？現(xiàn)象？原因？ 用途：用途：肥皂填料、木材防火劑及黏膠劑等肥皂填料、木材防火劑及黏膠劑等 物理性質(zhì)：白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻物理性質(zhì)：白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃、泡花堿，無色粘稠，可制備硅膠和木材防火劑。璃、泡花堿，無色粘稠，可制備硅膠和木材防火劑。5、硅酸鹽工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料陶陶瓷瓷玻玻璃璃水水泥泥（新型陶瓷）（新型陶瓷）（硅酸鹽

12、產(chǎn)品）（硅酸鹽產(chǎn)品）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷壓電陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)陶瓷 特殊含硅化合物特殊含硅化合物碳化硅碳化硅SiC，俗名金剛砂，俗名金剛砂 ，具有，具有與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬度大，熔點(diǎn)高。與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬度大，熔點(diǎn)高。 玻璃玻璃主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCaO6SiO2） Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2主要原料：純堿、石灰石和石英主要原料：純堿、石灰石和石英 主要設(shè)備：玻璃窯主要設(shè)備：玻璃窯 水泥水泥主要原料：粘土和石灰石

13、、石膏適量（主要原料：粘土和石灰石、石膏適量（調(diào)節(jié)水泥硬化速度）調(diào)節(jié)水泥硬化速度）主要成分：主要成分： 硅酸三鈣：硅酸三鈣：3CaOSiO2 硅酸二鈣：硅酸二鈣：2CaOSiO2 鋁酸三鈣：鋁酸三鈣：3CaOAl2O3主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯 陶瓷陶瓷主要原料：粘土主要原料：粘土 新型無機(jī)非金屬材料的特性新型無機(jī)非金屬材料的特性能承受高溫、強(qiáng)度高。能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高溫下，左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來制造汽輪機(jī)葉仍具有很高的強(qiáng)度，可用來制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。片、軸承、永久性模具等。具有電學(xué)特性，一些新型

14、無機(jī)非金屬材料可具有電學(xué)特性，一些新型無機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。性材料常被用于集成電路的基板。 具有光學(xué)特性。有些新型無機(jī)非金屬材料能具有光學(xué)特性。有些新型無機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過。使紅外線、雷達(dá)射線穿過。 具有生物特性。有些新型無機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、具有生物特性。有些新型無機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應(yīng)性，無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。六、硅單質(zhì)六、硅單質(zhì)1 1、存在和狀態(tài)：、存在和狀態(tài)：(1)(1)只有化合態(tài)，無游離態(tài)；只有化合態(tài)，無游離態(tài)；(2)(2)晶體硅和無定型硅。晶體硅和無定型硅。2 2、物理性質(zhì)：、物理性質(zhì)：灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高?；液谏?，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高。3 3、化學(xué)性質(zhì)：、化學(xué)性質(zhì)：不活潑不活潑(1)(1)常溫下：常溫下： Si+4HF = SiFSi+4HF = SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+H Si+2NaOH+H2 2O