第二節(jié)硅及其化合物無(wú)機(jī)非金屬材料

第二節(jié)硅及其化合物無(wú)機(jī)非金屬材料第一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、硅（Si）硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體1、灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體2、熔、沸點(diǎn)高、硬度大第二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、晶體結(jié)構(gòu)正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)第三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一Si晶體硅的結(jié)構(gòu)

晶體硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，也是由一個(gè)硅原子與4個(gè)硅原子結(jié)合形成正四面體，許多這樣的正四體向周?chē)臻g延面伸形成空間網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。原子晶體第四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、物理性質(zhì)硬度大、熔點(diǎn)高；灰黑色具有金屬光澤的晶體，半導(dǎo)體材料第五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、化學(xué)性質(zhì)常溫下：與F2與HF與強(qiáng)堿（如NaOH）Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氟化氫和強(qiáng)堿外，硅不與其他物質(zhì)反應(yīng)，如氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等第六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、化學(xué)性質(zhì)加熱條件下：與氧氣與氫氣與氯氣Si+2H2===SiH4高溫Si+O2===SiO2點(diǎn)燃Si+2Cl2===SiCl4高溫與氮?dú)?/p>

3Si+2N2Si3N4

==高溫與碳Si＋CSiC==△第七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一SiCl4+2H2==4HCl+Si(純度高的晶體硅)高溫SiO2粗硅SiCl4Si

+C+Cl2精餾+H2高溫高溫高溫高溫SiO2+2C==2CO↑+Si(含雜質(zhì)的粗硅)高溫Si+2Cl2==SiCl4生成的液態(tài)SiCl4經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用H2還原，將高純硅再經(jīng)區(qū)域熔煉法，提純?yōu)槌児瓒糜诎雽?dǎo)體原料．4、工業(yè)制法第八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一5、硅的存在在自然界中，沒(méi)有游離態(tài)的硅，以化合態(tài)存在，例如：硅酸鹽等，在地殼中含量居第二位，是巖石和地殼的主要元素。6、硅的用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等。集成電路晶體管第九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、二氧化硅

1.結(jié)構(gòu):SiO2晶體是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)Si與4個(gè)O形成4個(gè)共價(jià)鍵，前者位于正四面體的中心．后者位于正四面體的頂點(diǎn)；每個(gè)Si周?chē)钟?個(gè)O，每個(gè)O的周?chē)?個(gè)Si，實(shí)際上SiO2晶體是由Si原子和O原子按1:2的比例組成的原子晶體第十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一堅(jiān)硬難熔（溶）的固體，俗稱(chēng)“硅石”,舊稱(chēng)“矽石”，二氧化硅廣泛存在于地殼的巖石中（石英、水晶）二氧化硅的熔點(diǎn)（1723℃）沸點(diǎn)（2230℃）高，硬度大，不導(dǎo)電不溶于水2、物理性質(zhì)：第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、化學(xué)性質(zhì)：十分穩(wěn)定（1）酸性氧化物：強(qiáng)堿：2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O（所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。）不溶于水，也不與水反應(yīng)，只能間接制取硅酸。硅酸H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓（還可以用CO2制?。〩2SiO3==SiO2+H2O第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（２）常溫與氫氟酸反應(yīng)4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O堿性氧化物：SiO2+CaO===CaSiO3高溫鹽：Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑高溫難揮發(fā)制取易揮發(fā)氫氟酸可用于玻璃的雕刻，不用玻璃儀器保存強(qiáng)酸制弱酸嗎？第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)差異較大，其原因是什么？晶體類(lèi)型不同第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3↓

強(qiáng)酸制弱酸第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、用途：光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子儀器、工藝品（水晶、瑪瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。污染：硅肺?。ㄎ尾。?，長(zhǎng)期吸入SiO2粉塵第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一紫水晶，瑪瑙，碧玉是含雜質(zhì)的有色石英晶體．第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一純石英為無(wú)色晶體，大而透明的棱柱狀石英叫水晶，

第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一石英玻璃第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、硅酸及硅酸鹽1、硅酸H2SiO3（1）性質(zhì)：不溶于水，酸性比碳酸弱。（2）制備：Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓問(wèn)：把硅酸鈉溶液敞口放置在空氣中一段時(shí)間后，觀察到的現(xiàn)象？溶液變渾濁第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一碳酸和硅酸的比較（1）常見(jiàn)的不穩(wěn)定酸有：H2CO3、H2SO3、HClO、HNO3、H2SiO3；其中H2CO3極不穩(wěn)定；光照能加快HClO、HNO3的分解，H2SiO3受熱時(shí)才分解。（2）常見(jiàn)的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有：H2S、HClO、H2SiO3、Al(OH)3

、OH碳酸和硅酸都是不穩(wěn)定的弱酸，碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，硅酸難溶于水。第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、硅酸鹽：硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所對(duì)應(yīng)的鹽統(tǒng)稱(chēng)硅酸鹽（約占地殼質(zhì)量的95%）

②種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜：活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·二氧化硅·水Al2(Si2O5)(OH)4KAlSi3OxX=8K2O·Al2O3·6SiO2①多數(shù)不溶于水，但Na2SiO3的水溶液俗稱(chēng)“水玻璃”，無(wú)色粘稠的溶液，是一種礦物膠，可用做粘合劑、防腐劑。Al2O3·2SiO2·2H2O高嶺石：第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一硅酸根離子SiO32－的檢驗(yàn)原理：SiO32－＋2H＋＝H2SiO3↓

或SiO32－＋2H＋＋H2O＝H4SiO4↓H2SiO3

、H4SiO4是白色固體，不溶于水和酸（H＋）。方法：向待檢溶液中加入過(guò)量的稀硝酸，若生成白色沉淀，則待檢溶液中有SiO32－。注意：若用鹽酸代替硝酸，則有Ag＋等干擾；若用稀硫酸代替硝酸，則有Ba2＋等干擾。第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一樣品所加試劑

主要操作

SiO2(CaCO3)CaCO3(SiO2)Fe(Si)

SiO2(H2SiO3)SiO2(Na2SiO3)SiO2(Si)鹽酸過(guò)濾、加熱、灼燒NaOH溶液過(guò)濾NaOH溶液過(guò)濾——加熱、灼燒鹽酸過(guò)濾要除去下表中各粉末狀混合物中的雜質(zhì)（括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì)），填寫(xiě)所用試劑和操作：氧氣加熱第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一練習(xí)：P78鞏固訓(xùn)練1、2P79【典例1】對(duì)點(diǎn)練習(xí)1【典例2】對(duì)點(diǎn)練習(xí)2隨堂達(dá)標(biāo)1、2、3、4第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一無(wú)機(jī)非金屬材料第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一材料的分類(lèi)和特點(diǎn)

材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料水泥、玻璃、陶瓷等

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等Fe、Cu、Al、合金等第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一概念:

以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱(chēng)為硅酸鹽工業(yè)。2.硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：

(2)反應(yīng)條件：(3)反應(yīng)原理：(4)生成物：硅酸鹽工業(yè)含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。高溫復(fù)雜的物理、化學(xué)變化硅酸鹽產(chǎn)品3.硅酸鹽產(chǎn)品分類(lèi)：水泥、玻璃、陶瓷第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、水泥：1、主要原料：粘土和石灰石

2、主要設(shè)備：3、生產(chǎn)過(guò)程：生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥

輔助原料：石膏—作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度4、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化

5、主要成分：硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、

硅酸二鈣(2CaO?SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等

6、主要性能：水硬性

7、主要用途：建筑、修路。

水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土

水泥回轉(zhuǎn)窯水泥的標(biāo)號(hào)第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一水泥回轉(zhuǎn)窯第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、玻璃1、原

料：純堿、石灰石和石英

2、主要設(shè)備：玻璃熔爐

3、生產(chǎn)過(guò)程：原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻5、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

或?qū)懗桑∟a2O?CaO?6SiO2）

6、主要性能：玻璃態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。4、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

高溫

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑

高溫第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一玻璃熔爐第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一種類(lèi)特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)纖維、壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片；照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲(chóng)蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材；微波通訊器材;汽車(chē)、火車(chē)窗玻璃等幾種特種玻璃這些玻璃的主要成分分別是什么？有機(jī)玻璃？第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、陶瓷(china)1、主要原料：粘土

2、傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻

3、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化4、主要成分：硅酸鹽

5、主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)在，景德鎮(zhèn)的陶瓷工藝已經(jīng)完全電氣化了，考慮到環(huán)境保護(hù)、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不論是仿古陶瓷、藝術(shù)瓷類(lèi)，還是日用陶瓷的瓷器都在電腦的控制下用汽窯燒制而成。第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.純堿石灰石粘土主要設(shè)備回轉(zhuǎn)爐玻璃熔爐陶瓷窯反應(yīng)條件高溫高溫高溫反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2成分復(fù)雜特性水硬性玻璃態(tài)物質(zhì)抗氧化.耐酸堿.腐蝕.高溫.絕緣水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較水泥中加入石膏的目的？第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一６、陶瓷主要種類(lèi)：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：碗盤(pán)茶具收藏珍品炻器：水缸、砂鍋瓷都景德鎮(zhèn)注：①彩釉②搪瓷不屬于陶瓷紅瓦青瓦第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料與新型無(wú)機(jī)非金屬材料的對(duì)比材料特性種類(lèi)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料①抗腐蝕、耐高溫②質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊普通水泥、

普通玻璃、

黏土質(zhì)陶瓷

新型無(wú)機(jī)非金屬材料

①

耐高溫、強(qiáng)度高②

具有電學(xué)特征③

具有光學(xué)特征④

具有生物功能

氧化鋁陶瓷

高溫氮化硅陶瓷

結(jié)構(gòu)碳化硼陶瓷

氧化鋯陶瓷

光導(dǎo)纖維

半導(dǎo)體第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性1.能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類(lèi)材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。人造關(guān)節(jié)第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一兩種新型無(wú)機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介1、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

a.氧化鋁陶瓷

高壓鈉燈

高壓鈉燈內(nèi)溫度高達(dá)1400℃，氧化鋁陶瓷又叫人造剛玉，是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，可以抵御鈉蒸汽的強(qiáng)烈腐蝕第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期一氧化鋁陶瓷（人造剛玉）主要特性①高熔點(diǎn)；②