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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？,1、硅的工业制
2、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，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电
3、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,玛 瑙,玛瑙,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3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位
4、。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NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。
5、,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,玻璃花雕刻工艺和化学有什么关系？,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
6、_,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、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
7、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 H2CO3C.熔点：SiO2 CO2（干冰）D.硬度：SiO2 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（
8、）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 3SiO2 2H2O,云母：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O,长石：K2O Al2O3 6SiO2,水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2,玻璃：Na2 O
9、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
10、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
11、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
12、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。,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,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,
