无机非金属材料的主角-硅

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1、第一节 无机非金属材料的主角硅,湖南汝城一中 Fu ,化学必修 2007年11月,2,问题,自然界中的岩石、沙子、土壤是由什么构成？,3,你还知道哪些含硅的物质？,4,5,6,7,8,9,硅的广泛存在,10,元素周期表,11,第A族的二兄弟碳和硅豪门二杰,地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤， “统治了地壳”,硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异,12,一、二氧化硅和硅酸,硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。 所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的 氧化物及硅酸盐的形式存在。,1、二氧化硅（SiO2）,SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧

2、化硅约占地壳质量的12，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。,SiO2的结构,13,玛瑙,水晶,晶体二氧化硅,硅藻土 中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区) 有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有 354处，总保有储量矿石3.85亿吨。 仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%， 云南、福建、河北等地次之。矿床类型 主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、 山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和 陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻 土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪 和第四纪，以第三纪为主。,无定形二氧化硅,14,光学纤维胃镜,二氧化硅的用途,15,二氧化硅的用途

3、,16,坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,（1）物理性质：,17,（2）化学性质：,（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）,4HF+SiO2=SiF4+2H2O,（b）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。,2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O,与强碱反应：,与碱性氧化物反应：,(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。),18,2.硅酸（H2SiO3）,思考：1.二氧化硅不溶于水，不跟水反应，如何从二氧化硅来制备H2SiO3,是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱,Na2SiO3+2HCl=2Na

4、Cl+H2SiO3,所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。,实验41,19,二、硅酸盐,硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。 最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等。,实验42,几种硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。,新型的陶瓷,20

5、,21,三、新型无机非金属材料的特性,1.能承受高温、强度高。 例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下， 仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶 片、轴承、永久性模具等。,22,2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。,23,3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。,处于高温下的光导纤维,24,F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。,

6、25,4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。,人造关节,26,（2）硅酸盐组成的表示,用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。,27,28,高岭石,Al2（Si2O5）（OH）4,29,要领：两边原子个数守恒 格式：金属氧化物、二氧化硅、水 顺序：金属按活动顺序表,拆分原则,30,K(Al3Si3O10)(OH)2,31,三、硅（Si）,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,物性：,化性：,1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体 2、熔、沸点高、硬度大 3、晶体硅是良好的

7、半导体,常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。,32,33,1、与氟气反应：,2、与氢氟酸反应：,3、与强碱溶液反应：,4、与氯气反应：,5、与氧气反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,34,存在,在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如： 硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。,用途,集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。,集成电路 晶体管,35,制备,工业上：,36,相应练习1,已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为

8、：,现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下 可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过 量的）,解：,Na1/2H2 23 1/222.4 11.5 X,Si2H2 28 222.4 4.2 Y,Y=(4.2 2 22.4)/28=6.72(L),VH2=5.6+6.72=12.32(L),37,相应练习2,在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反 应的化学方程式为 这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为,MgO+2HCl=MgCl2+H2O,Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4,38,硅元素,单质硅,Si + F2 Si + HF Si + NaOH,加热能与某 些非金属单 质反应（O2、Cl2）,作业：习题1、4,归纳总结,