《高中化学 4.1《 无机非金属材料的主角—硅》课件 鲁科版必修1》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中化学 4.1《 无机非金属材料的主角—硅》课件 鲁科版必修1(67页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 非金属及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角 硅,硅元素(silicon)在地壳中的含量,氧48.6%,硅26.3%,铝7.73%,铁4.75%,钙3.45%,钠2.74%,钾2.47%,镁2.00%,氢0.16%,其他1.20%,硅26.3%,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。,硅的分布与存在,存在:没有游离态,只有化合态 分布:自然界中分布广泛,在地壳中居第二位,仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。,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1:硅原子最外层电子数是多少?我们很熟悉的哪
2、种元素最外层电子数与它相同?,1、硅的工业制法 :,粗硅:,纯硅:,一、硅单质,2.物理性质,结构类似金刚石,为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。,3.化学性质,在常温下化学性质不活泼,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2,4.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,利用硅的半导体性能,制成光电池 ,将光能转化为电能。,太阳能电池,电脑的中央处理器(CPU),硅芯片的使用,使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。,大规模集成电路,硅的用途非常广泛,可用来制造集成
3、电路、晶体管、硅整流器等半导体器件,还可以制太阳能电池,制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,在美国旧金山,有个最大的高科技工业园区,称之为“硅谷”,它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。,硅在电子工业中重要作用,二氧化硅(SiO2),二氧化硅广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山,二、二氧化硅和硅酸,1.二氧化硅的存在,二、二氧化硅,水晶,晶体二氧化硅,无定形二氧化硅,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
4、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。,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,2.二氧化硅的结构.,SiO2 原子晶体,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,SiO2是正四面体的空间网状结构, 因此性质很稳定,坚硬难熔的固体, 熔沸点比较高, 不溶于水, 硬度比较大。,3.二氧化硅物理性质,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞,你知道为什么吗?,防止玻璃中的SiO2与NaO
5、H溶液反应生成粘稠的Na2SiO3,使瓶塞和瓶口粘在一起。,4.二氧化硅化学性质,不能与水反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O, 是酸性氧化物,SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O,不与酸反应(除氢氟酸以外),SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3,高温,SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3,高温,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系?,弱的氧化性,SiO2+2C= Si+2CO,高温,实验室现提供下列试剂瓶, 细口磨口塞玻璃瓶 广口瓶 细口橡皮塞玻璃瓶 棕色广口瓶 细
6、口塑料瓶, 如何存放下列药品?依据是什么? a.二氧化硅_b.氢氧化钠溶液 c.硝酸银晶体_ d.氢氟酸_ e.浓硫酸_,高温,高温,高温,5、二氧化硅的用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在,因此从古到今都被人类广泛地应用。,光学纤维胃镜,石 英 制 品,水晶,石英、玛瑙,二氧化硅用来制光导纤维,光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。 制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于 通讯、传感、测量等,光纤通讯的优点就是通信容量大, 一对光纤上可同时传送3万门电话。,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶,称为“硅胶”。,酸性较弱,比碳酸的酸性还弱。,三、
7、硅酸(H2SiO3),干燥硅胶,湿硅胶,(1)硅酸的制备,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 (2)硅酸的性质 不稳定性 弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,(3)硅胶(SiO2),制备: H2SiO3 硅酸凝胶 硅酸干凝胶 “硅胶” 用途: 硅胶多孔,吸附水份能力强,常用作实验室和袋装食品,瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。,1、下列各组物质有关性质关系的比较,正确的是( ) A.溶解性:CO2 H2CO3 C.熔点:SiO2 CO2(干冰) D.硬度: SiO2
8、 CO2,C,2、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是( ) A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸 D.碳酸钠溶液,C,3、要除去SiO2中的CaO杂质,最适宜的试剂是( ) A.纯碱溶液 B 盐酸 C 硫酸 D 苛性钠溶液,B,四、硅酸盐,硅酸盐结构复杂的固态化合物, 一般都不溶于水。,1.含义:硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,2.硅酸盐的表示方法:,化学式法:,氧化物法:,硅酸钠:Na2SiO3,硅酸钙:CaSiO3,硅酸钠:Na2O SiO2,硅酸钙: CaO SiO2,高岭石:Al2O3 2SiO2 2H2O,石棉:CaO 3MgO 4SiO2,沸石:Na2 O Al2O3
9、 3SiO2 2H2O,云母: K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O,长石:K2O Al2O3 6SiO2,水泥:3CaO SiO2 2CaO SiO2,玻璃:Na2 O CaO 6SiO2,粘土: Al2O3 2SiO2 2H2O,最简单的硅酸盐是硅酸钠(Na2SiO3), 其水溶液俗称为水玻璃, 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀, 可用作肥皂填料、木材防火剂等 。,3.硅酸钠 (Na2SiO3),关于硅酸盐说明:,1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水,2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一,俗称泡花碱;它的水溶液俗称水玻璃,是一种粘合剂;,硅酸和二氧化硅的制备:,水玻璃可保存玻璃瓶中,但
10、不能使用玻璃塞,要用橡胶塞,较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸,四、硅酸盐工业,t,水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起,穿针引线是水泥。,生产过程:,黏土和石灰石,两磨、一烧。 研磨煅烧再磨成细粉;,水泥的生产原料:,普通硅酸盐水泥的成分:,1 、水泥,水泥的性能:,水泥具有水硬性。,水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。,水泥、沙子和碎石的混合物。,混凝土:,水泥砂浆:,2、玻璃:,生产过程:,纯碱、石灰石和石英。,玻璃的生产原料:,普通玻璃的成分:,Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成 的混合物。 或Na2OCaO6SiO2;,玻璃无固定的熔沸点, 在一定温度范围内软化。,玻璃的性
11、能:,3、陶瓷:,陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点,因此,陶瓷制品一直为人们所喜爱。,家用陶瓷,江苏宜兴, 有陶都之称。,隋带烧制的三彩陶骆驼,瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中,“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。,江西景德镇。,江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为:“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。”,我国素有“瓷都”之称的地方,江西景德镇所烧制的瓷器,传统无机非金属材料:,陶瓷、玻璃、水泥,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,新型无机非金属材料:,1、新型无机非金属材料的特征:,(1)耐高温、强度
12、高;,(2)具有电学性质;,(3)具有光学性质;,(4)具有生物功能;,2、结构材料高温结构陶瓷:,(1)氧化铝陶瓷(人造刚玉):,高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源,光色金白,在它的灯光下看物清晰,不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时,比高压汞灯寿命长2倍,是白炽灯寿命的10倍,是目前寿命最长的灯。,高压钠灯,透明氧化铝陶瓷,注:钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决,由于没有一种能抵御高温钠蒸气(1400)强烈腐蚀的特殊材料,所以,直到1965年才制取第一支高压钠灯。,1.下列物质中属于纯净物的是( ) A.Na2CO310H2O B.水泥 C.纯净的盐酸 D.普通玻璃,3.下列物质有固定熔点的是( ) A.水泥 B.玻璃 C.Na2OSiO2 D.水玻璃,2.下列叙述正确的是( ) A.酸均不能与酸性氧化物反应 B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸 C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同 D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同,A,BD,C,课堂练习,