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第一节无机非金属材料的主角——硅Si-26.30%硅的存在与分布存在:硅是亲氧元素,没有游离态,只有化合态(以氧化物和硅酸盐的形式存在)分布:自然界中分布广泛,是构成矿物和岩石的基本元素。图4-1硅的广泛存在硅和碳一样,其原子既不易失去电子,也不易得到电子,所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物.CSi碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石和许多矿物的主要元素从原子结构认识硅结晶形石英晶体(SiO2)沙子无定形——硅藻土水晶玛瑙一、二氧化硅(SiO2)1、存在:硅石(天然)无色透明彩色环带或层状水晶玛瑙每1个Si原子周围结合4个O原子,Si在中心,O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。硅原子——二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2:1,用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。[SiO4]四面体结构立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质2、结构思考与交流P76物理性质:_____________________________化学稳定性:_________________________通常条件下,很稳定硬度大、熔点高、难溶于水3、二氧化硅的化学性质(通常很不活泼)1)具有酸性氧化物的通性(1)与强碱反应生成盐和水SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O硅酸钠(2)与碱性氧化物反应生成盐(有粘性,其溶液俗称水玻璃)高温SiO2+CaOCaSiO3实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3,使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。原因SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O此反应常用于雕刻玻璃2)特性——与氢氟酸HF反应思考:实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?HF能腐蚀玻璃.因此,盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。CO2SiO2不同点构成CO2分子立体网状结构,无SiO2分子物理性质气体,熔沸点较低,溶于水固体,熔沸点高,硬度大,不溶于水与水反应H2O+CO2=H2CO3不反应与酸反应不反应相同点与碱性氧化物反应与强碱反应氧化性用途SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3高温CO2+CaO=CaCO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+C=2CO高温SiO2+2C=Si+2CO↑高温特性人工降雨,灭火,饮料等下页SiO2的用途现代通信用光缆光学纤维胃镜用光导纤维做无开刀手术光导纤维手术头灯光导纤维二、硅酸(H2SiO3)硅酸是一种白色固体,它不溶于水;是一种弱酸,酸性比碳酸还弱,不能使指示剂变色。思考二氧化硅难溶于水,又不与水反应,那么,如何制得硅酸呢?实验4-1:向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞,再滴入稀盐酸现象结论方程式①滴入酚酞溶液呈红色①Na2SiO3溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl实验探究②滴入盐酸有白色胶状物质产生②硅酸难溶于水生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶(能流动),当硅酸的浓度较大时,就会形成硅酸凝胶(不能流动),硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。硅胶的用途:干燥剂(吸水),吸附剂(多孔),催化剂的载体。用H2CO3可制得H2SiO3,可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱。SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓向Na2SiO3溶液中通如CO2也可生成H2SiO3H2SiO3稳定性差,受热易分解H2SiO3=SiO2+H2O三、硅酸盐结构复杂,一般不溶于水,化学性质很稳定。最简单的硅酸盐—硅酸钠(Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃或者泡花碱,用于制备硅胶和木材防火剂,作肥皂填料、粘合剂等。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。1、概念:实验4-2放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防火剂的原料2、硅酸盐组成表示1、将硅酸盐中所有元素都写成氧化物。氧化物书写顺序:活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O2、氧化物之间用“·”隔开3、在氧化物前面按化学式中的比例添加系数硅酸钠(Na2SiO3)镁橄榄石(Mg2SiO4)钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2ONa2O·SiO22MgO·SiO2CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OK2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2练习传统无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃阅读教材78-793、硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥3、硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥生产原料:石灰石、黏土(CaCO3、Al2O3·2SiO2·2H2O)生产设备:水泥回转窑主要成分:3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3主要性质:水硬性水泥生产原料:纯碱、石灰石、石英(Na2CO3、CaCO3、SiO2)生产设备:玻璃窑反应原理:主要成分:Na2SiO3、CaSiO3、SiO2高温SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑高温玻璃有色玻璃钢化玻璃加入了不同的金属氧化物普通玻璃加热接近熔化再急速冷却玻璃生产原料:黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O)生产设备:陶瓷窑生产过程:混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质:抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型陶瓷(china)具有特殊功能的含硅物质1、碳化硅(SiC俗称金刚砂),具有金刚石的结构。硬度很大,用作砂纸、砂轮的磨料。2、硅钢(铁合金)导磁性良好,用作变压器铁芯3、硅橡胶4、分子筛新型无机非金属材料:新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等科学视野图4-10生物陶瓷制成的人造骨硅酸盐无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料陶瓷玻璃水泥高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷1、种类和结构硅有晶体硅和无定形硅两种,晶体硅的结构和金刚石类似。3、化学性质常温下,硅的化学性质不活泼。除F2、HF和强碱外,均不反应。加热或者高温时,可与某些非金属单质反应。四、硅单质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==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2=SiCl4Si+O2==SiO2△高温纯硅的制备课本P819T5.用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.硅太阳能电池电脑的中央处理器(CPU) 查看更多

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