無機(jī)非金屬材料的主角硅答案學(xué)習(xí)教案

1、無機(jī)無機(jī)(wj)非金屬材料的主角硅答案非金屬材料的主角硅答案第一頁，共38頁。硅的存在硅的存在(cnzi)與與分布分布存在：硅是親氧元素存在：硅是親氧元素(yun s)，沒有游離態(tài)，只有化，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以氧化物和硅酸鹽的形式存在）合態(tài)（以氧化物和硅酸鹽的形式存在）分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素元素(yun s)。圖圖 4-1 4-1 硅的廣泛存在硅的廣泛存在第1頁/共38頁第二頁，共38頁。硅和碳一樣硅和碳一樣, ,其原子既不易失去其原子既不易失去(shq)(shq)電子，也不易電子，也不易得到電得到電子，所以硅的化

2、學(xué)性質(zhì)不活潑子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑, ,主要形成四價(jià)化合物主要形成四價(jià)化合物CSi碳是構(gòu)成碳是構(gòu)成(guchng)有機(jī)物有機(jī)物的主要元素的主要元素硅是構(gòu)成巖石和許多硅是構(gòu)成巖石和許多(xdu)礦物的主要礦物的主要元素元素從從原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅認(rèn)識硅第2頁/共38頁第三頁，共38頁。硅有晶體硅有晶體(jngt)硅和無定形硅兩種同素異形體硅和無定形硅兩種同素異形體1 1、灰黑色，有金屬光澤，硬而、灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體脆的固體(gt)(gt)2 2、熔點(diǎn)高、硬度大、熔點(diǎn)高、硬度大常溫下常溫下，與，與氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿反應(yīng)。氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿反應(yīng)。加熱情況下加熱情況下，也能跟一些

3、非金屬，也能跟一些非金屬(Cl2 O2)反應(yīng)。反應(yīng)。一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑不活潑，第3頁/共38頁第四頁，共38頁。1 1、與氟氣反應(yīng)、與氟氣反應(yīng)(fnyng)(fnyng)：2 2、與氫氟酸反應(yīng)、與氫氟酸反應(yīng)(fnyng)(fnyng)：3 3、與強(qiáng)堿溶液、與強(qiáng)堿溶液(rngy)(rngy)反應(yīng)：反應(yīng)：4 4、與氯氣反應(yīng)：、與氯氣反應(yīng)：5 5、與氧氣反應(yīng)、與氧氣反應(yīng)Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2高溫高溫第4頁/共38頁第五頁，共38頁。5.5.用

4、途用途(yngt)(yngt)晶體晶體(jngt)(jngt)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間之間, ,是良好的半導(dǎo)體材料是良好的半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料關(guān)鍵材料. .硅太陽能電池硅太陽能電池(dinch)電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）第5頁/共38頁第六頁，共38頁。純硅的制備純硅的制備(zhbi)課本課本(kbn)P81 9T硅的制備硅的制備硅單質(zhì)是由其氧化物制得的，主要分為硅單質(zhì)是由其氧化物制得的，主要分為(fn wi)兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：第6頁/共38頁第七頁，共38頁。結(jié)晶形（石英結(jié)晶形（石英(shyng)晶晶體）體）

5、無定形無定形硅藻土硅藻土水晶水晶(shujng)瑪瑙瑪瑙1 1、存在、存在: :硅硅石石無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇iO2是自然界中沙子、石英的主要成分。是自然界中沙子、石英的主要成分。結(jié)晶的結(jié)晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英；天然天然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅石。第7頁/共38頁第八頁，共38頁。 每每1個(gè)個(gè)Si原子周圍原子周圍(zhuwi)結(jié)合結(jié)合4個(gè)個(gè)O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個(gè)頂角。在四個(gè)頂角。 同時(shí)每同時(shí)每1個(gè)個(gè)O原子周圍原子周圍(zhuwi)結(jié)合結(jié)合2個(gè)個(gè)Si原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。 二氧化硅二氧化硅(r yng hu gu)中氧原子與硅原

6、子個(gè)數(shù)比為中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1，用，用SiO2來來表示表示二氧化硅二氧化硅(r yng hu gu)的組成的組成,表示表示O與與Si的原子個(gè)數(shù)比的原子個(gè)數(shù)比,不是分子式不是分子式是化學(xué)式。是化學(xué)式。SiO4SiO4四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了決定了SiOSiO2 2具具有優(yōu)良的物理有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)第8頁/共38頁第九頁，共38頁。物理性質(zhì)物理性質(zhì)(wl xngzh):_化學(xué)化學(xué)(huxu)穩(wěn)定穩(wěn)定性性:_通常條件下，很穩(wěn)定通常條件下，很穩(wěn)定(wndng)硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水第9頁/共38頁第十頁

7、，共38頁。3 3、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（通常、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（通常(tngchng)(tngchng)很不很不活潑）活潑）1、具有酸性、具有酸性(sun xn)氧化物的通性氧化物的通性（1）與強(qiáng)堿）與強(qiáng)堿(qin jin)反應(yīng)生反應(yīng)生成鹽和水成鹽和水（2）與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽）與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽（有粘性，其溶液俗稱水玻璃有粘性，其溶液俗稱水玻璃）第10頁/共38頁第十一頁，共38頁。實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶用溶液的試劑瓶用橡膠橡膠(xingjio)(xingjio)塞而不用玻璃塞而不用玻璃塞塞 NaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成N

8、a2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)，使瓶塞部分粘結(jié)(zhn ji)而無法而無法打開。因此盛裝打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。玻璃塞而要用橡膠塞。第11頁/共38頁第十二頁，共38頁。SiF42H2O此反應(yīng)常用于雕刻此反應(yīng)常用于雕刻(diok)玻璃玻璃思考思考: :實(shí)驗(yàn)室為什么不用實(shí)驗(yàn)室為什么不用(byng)(byng)玻璃瓶盛裝氫玻璃瓶盛裝氫氟酸？氟酸？ HF能腐蝕玻璃能腐蝕玻璃.因此因此(ync)，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。瓶而要用塑料瓶。第12頁/共38頁第十三頁，共38頁。4 4、SiO2SiO2的用途的用途

9、(yngt)(yngt)第13頁/共38頁第十四頁，共38頁?，F(xiàn)代通信用現(xiàn)代通信用光纜光纜光學(xué)纖維光學(xué)纖維胃鏡胃鏡用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做無開刀手術(shù)無開刀手術(shù)光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(un do xin wi)手術(shù)頭燈手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(un do xin wi)第14頁/共38頁第十五頁，共38頁。 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 狀狀 態(tài)態(tài) 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài)熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn) 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔點(diǎn)高，硬度大熔點(diǎn)高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與與 酸酸 用用 途途人工降雨，滅火人工降雨，滅火,飲料等飲料等P75, 圖圖4

10、5與水反應(yīng)與水反應(yīng)(fnyng)與堿性與堿性(jin xn)氧化物反應(yīng)氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)(fnyng)CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能與氫氟酸反應(yīng)能與氫氟酸反應(yīng)二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較第15頁/共38頁第十六頁，共38頁。第16頁/共38頁第十七頁，共38頁。思考思考(sk(sko)o)二氧化硅難溶于水，又不二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)與水反應(yīng)(fnyng)(fnyng)，那么，如，那么，如何制得硅酸呢？何制得硅酸呢？第

11、17頁/共38頁第十八頁，共38頁。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1：向飽和：向飽和(boh)Na2SiO3溶液中溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸滴入酚酞，再滴入稀鹽酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論方程式方程式滴入酚酞溶液滴入酚酞溶液(rngy)呈呈紅色紅色 Na2SiO3溶液溶液(rngy)呈堿性呈堿性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl硅酸的制備硅酸的制備滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水硅酸難溶于水第18頁/共38頁第十九頁，共38頁。用用H2CO3H2CO3可制得可制得H2SiO3 H2SiO3 ，可證明，可證明(zhngmng)H2SiO3 (zhngmng)H2SiO3 的酸性比

12、的酸性比H2CO3H2CO3弱。弱。SiOSiO3 32- 2- + H+ H2 2O + COO + CO2 2= CO= CO3 32- 2- + H+ H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O + COO + CO2 2 = Na= Na2 2COCO3 3 + H+ H2 2SiOSiO3 3 向向Na2SiO3溶液中通溶液中通(zhn tn)如如CO2也可生成也可生成H2SiO3第19頁/共38頁第二十頁，共38頁。生成(shn chn)的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠（能流動(dòng)），當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會形成硅酸凝膠（不能流動(dòng)），硅酸凝膠經(jīng)過干燥

13、脫水就形成硅膠。硅膠的用途：干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），催化劑的載體。第20頁/共38頁第二十一頁，共38頁。硅酸硅酸(u sun)的性質(zhì)的性質(zhì)不溶于水的白色(bis)膠狀物弱酸：酸性(sun xn)比碳酸弱；不能使指示劑變色與強(qiáng)堿反應(yīng)受熱分解第21頁/共38頁第二十二頁，共38頁。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)(huxu xngzh)很穩(wěn)定。很穩(wěn)定。是由硅、氧和金屬組成是由硅、氧和金屬組成(z chn)的化合物的總稱。的化合物的總稱。1、硅酸鹽組成、硅酸鹽組成(z chn)和性質(zhì)和性質(zhì)第22頁/共38頁第二十三頁，共38頁。 2、最簡單、最簡單(jind

14、n)的硅酸鹽的硅酸鹽硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 俗名(smng)：硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃、泡花堿。第23頁/共38頁第二十四頁，共38頁。放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當(dāng)水分當(dāng)水分(shufn)蒸發(fā)后燃蒸發(fā)后燃燒燒當(dāng)水分蒸發(fā)當(dāng)水分蒸發(fā)(zhngf)后不易后不易燃燒燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防火制備木材防火劑的原料劑的原料第24頁/共38頁第二十五頁，共38頁。2、最簡單、最簡單(jindn)的硅酸鹽的硅酸鹽硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 俗名(smng)：硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃、泡花堿。用

15、途：制備(zhbi)硅膠、木材防火劑、黏合劑等第25頁/共38頁第二十六頁，共38頁。硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活潑活潑(hu po)金屬氧化物金屬氧化物較活潑較活潑(hu po)金屬氧化物金屬氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O第26頁/共38頁第二十七頁，共38頁。 K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2第27頁/共38頁第二十八頁，共38頁。傳統(tǒng)傳統(tǒng)(chuntng)無無機(jī)非金屬材料機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品硅酸

16、鹽產(chǎn)品(chnpn)陶瓷陶瓷(toc)水泥水泥玻璃玻璃4 4、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥第28頁/共38頁第二十九頁，共38頁。絕緣、易成型絕緣、易成型陶陶 瓷瓷第29頁/共38頁第三十頁，共38頁。高溫高溫SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫高溫玻玻 璃璃 第30頁/共38頁第三十一頁，共38頁。加入了不同的金屬氧化物加入了不同的金屬氧化物例如例如(lr):加入氧化鉻加入氧化鉻（Cr2O3），玻璃現(xiàn)綠色；加入），玻璃現(xiàn)綠色；加入二氧化錳（二氧化錳（MnO2），玻璃呈紫），玻璃呈紫色；加入氧化鈷（色；加入氧化鈷（Co2O3），），玻璃呈藍(lán)色玻璃呈藍(lán)色 普通玻璃加熱接近熔化普通玻璃加熱接近熔化(rnghu)再急速冷卻再急速冷卻玻璃玻璃第31頁/共38頁第三十二頁，共38頁。2CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O33CaOAl2O3水水 泥泥第32頁/共38頁第三十三頁，共38頁。 2、硅、硅 鋼鋼（鐵合金）（鐵合金） 導(dǎo)磁性導(dǎo)磁性(cxng)良好，用良好，用作變壓器作變壓器鐵芯鐵芯第33頁/共38頁第三十四頁，共38頁。4、分子篩、分子篩第34頁/共38頁第三十五頁，共38頁。新型新型(xnxng)無機(jī)非金屬材料：無機(jī)非金屬材料：新型新型(xnxng)陶