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1、非金属及其化合物,第四章 非金属及其化合物,第一节,第二节,第三节,第四节,归纳与整理,国产千万亿次超级计算机亮相 10月29日，随着第一台国产千万亿次超级计算机“天河一号”在湖南长沙亮相，作为算盘这一古老计算器发明者，中国拥有了历史上计算速度最快的工具.“天河一号”计算机位居同日公布的中国超级计算机100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。这个速度意味着，“天河一号”计算一天，一台配置双核、主频为的微机需要计算年 。 “天河一号”由台机柜组成，每个机柜占地平方米、高两米、重吨，系统总重量相当于个神舟飞船。把通风等条件考虑在内，放置“天河一号”需要一个近
2、千平方米的房间。 全系统运行情况下，每小时耗电度。能耗比即每瓦电创造的计算效能为亿次运算，与目前峰值性能排名世界第一的美国“走鹃”超级计算机相当。 天气预报的结果，也是由超级计算机计算而来。目前世界最高水平可预报8天，我国为5至6天。但对于中长期预报特别是气候预报来说，目前世界上的超级计算机仍然是无法满足需求的，因为天气预报的计算需要10的18次方也就是每秒百万万亿次的速度。世界上一个公认的说法是，天气预报时效每增加一天，气象和计算机界需要努力10年。,第一节 无机非金属材料的主角硅,Si,最外层电子数是4，碳也是。,思考2：碳、硅原子主要显几价？,正四价（+ 4价）,思考3：碳、硅在自然界分
3、别以什么形式存在？,碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。,因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。,思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,1.二氧化硅(SiO2),硅石(天然),结晶形,无定形,约占地壳质量的12%,纯净的SiO2晶体叫做水晶。,石英,具有彩色环带状或层状的叫玛瑙,二氧化硅的结构,因为在二氧化硅晶体中，每一个硅Si周围结合4个O；同时每个O与2个Si结合。因此它是Si与O按1 ：2的原子个数比组成的具有空间网状结构的晶体。,SiO2四面体不仅存在于SiO2晶体中,而且存在于所有硅酸盐矿石中，是构成多姿多彩的硅酸盐世界的基本
4、骨架,决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙此为水晶原生矿，二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。,石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙。,分析异同,理解特性,根据二氧化硅的存在和应用,请分析: 二氧化硅具有那些物理性质? 化学稳定性如何?你的根据是什么? 二氧化硅的这些性质是由什么决定的? 尝试与二氧化碳做比较.,二氧化碳的晶体结构,二氧化硅的晶体结构,思考与交流,P76,物理性质
5、:_,化学稳定性:_,硬度大、熔点高、难溶于水,很稳定,二氧化硅的化学性质,可以与碱和碱性氧化物反应,SiO2 2OHSiO32H2O,SiO2 + 4HF =SiF4 + 2H2O,与氢氟酸反应（腐蚀玻璃）,因为玻璃的主要成分二氧化硅与NaOH溶液反应生成对应的硅酸钠使瓶塞部分粘结而无法打开。 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,图 4-6 实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶,1 、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸(HF)?,氢氟酸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。 SiO2 4HF =SiF4 2H2O,动动脑筋,2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶
6、塞而不用玻璃塞？,3、某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物,是否正确?,不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，且与氢氟酸反应也不是表现二氧化硅的碱性。故其属于酸性氧化物。,固体,1610,2230,不溶,大,二氧化硅和硅酸的物理性质,二氧化硅和二氧化碳的化学性质,SiO2+4HF= SiF4 +2H2O,CO2+2NaOH = Na2CO3+H2O,CO2+CaO=CaCO3,与氢氟酸不反应,SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O,不反应,SiO2的制品 性质 光导纤维 熔点高 石英坩埚 光的折射效果好 玛瑙制精密轴承 酸性氧化物
7、水晶杯 二氧化硅的特性 氢氧化钠试剂瓶不能用磨口玻璃塞 难溶于水 玻璃雕花 硬度大,思考：CO2溶于水即生成H2CO3，SiO2不能与水反应得到2SiO3 ，那么怎样才能制得2SiO3 ？（提示：强酸制取弱酸)2、硅酸,（）2SiO3 的制取 实验原理：Na2SiO3+2HCl = H2SiO3+2NaCl F:新课程高中化学演示实验 步骤：在试管中加入35mL饱和 Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞 试剂，再用胶头滴管逐滴加入稀盐 酸，边加边振荡，直至溶液红色变 浅并接近消失时停止。 现象：红色褪去，并有软而透明的 胶冻状的凝胶生成 结论：Na2SiO3溶液呈碱性，H2SiO3 是一种胶体，
8、浓度增大聚集成凝胶。,（）性质,弱酸性（酸性比碳酸弱），溶解度很小,思考：如何通过实验证明硅酸酸性 比碳酸弱？（用化学方程式表示）,热稳定性（易分解)：H2SiO3SiO2+H2O,Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,拓展如何利用SiO2制取硅酸？写出相应的化学方程式。 解答以二氧化硅为原料制取硅酸: SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2SiO3+CO2+H2O = Na2CO3+H2SiO3 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 或 Na2SiO3+2HCl= H2SiO3+2NaCl,（）用途 生成的硅酸逐渐聚合而形成
9、硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。常常用做干燥剂，或催化剂的载体,再见,硅酸盐的丰富性和多样性,人面鱼纹盆,陶瓷,日用器皿、建筑饰材、卫生洁具,分子筛,具有均匀微孔结构的铝硅酸盐,二、硅酸盐,1、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,2、性质：大多不溶于水，化学性质稳定。,活泼金属氧化物 + 不活泼金属氧化物 + 二氧化硅 + 水,3、表示方法：（P77 资料卡片）,4、硅酸钠 Na2SiO3,放入水中的木条水分蒸发后燃烧，放入 Na2SiO3中的不燃烧,Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂, 化学性质：,a 与酸反应：,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2
10、SiO3,b 与盐反应：,Na2SiO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaSiO3,思考与讨论: Na2SiO3溶液在空气中久置会出现什么现象？原因？, 用途：,肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等, 物理性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，无色粘稠，可制备硅胶和木材防火剂。,无机非金属材料,新型无机非金属材料,传统无机非金属材料,陶 瓷,玻 璃,水 泥,（新型陶瓷）,（硅酸盐产品）,高温结构陶瓷,压电陶瓷,透明陶瓷,超导陶瓷, 特殊含硅化合物碳化硅SiC，俗名金刚砂 ，具有与金刚石类似的空间网状结构，硬度大，熔点高。, 玻璃,主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na
11、2OCaO6SiO2）,Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2,主要原料：纯碱、石灰石和石英,主要设备：玻璃窑, 水泥,主要原料：粘土和石灰石、石膏适量（调节水泥硬化速度）,主要成分： 硅酸三钙：3CaOSiO2 硅酸二钙：2CaOSiO2 铝酸三钙：3CaOAl2O3,主要设备：水泥回转窑, 陶瓷,主要原料：粘土,生物陶瓷人造骨,三、硅单质,工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅，又能跟氯气反应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：,硅的工业制备,硅单质,SiO22CSi(粗)2CO ,Si(粗)2Cl2
12、SiCl4 ,SiCl42H2Si(纯)4HCl ,1、存在和状态：,(1)只有化合态，无游离态；(2)晶体硅和无定型硅。,2、物理性质：,灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。,3、化学性质：,不活泼,(1)常温下：, Si+4HF = SiF4+2H2, Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2,注：与酸（除HF）碱不反应，其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。,(2)加热时：与某些非金属反应,Si+O2=SiO2,4、用途：半导体材料, Si+2F2 = SiF4,硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。 半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命,硅的用途,价值5元的沙子,SiO2,Si,点沙成金,价值5000元的芯片,二.硅及其化合物的作用,硅的用途树形图,再见,
