1、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,C,Si,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，
2、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,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,（2）与碱性氧化物反应生成盐,（有粘性，其溶液俗称水玻璃）,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
3、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 = SiF42H2O,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。,SiO2 4HF =SiF42H2O,CO2+2NaOH= Na2CO3+H2O,SiO2 CaO =CaSiO3,高温,CO2+CaO=CaCO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2 C = 2CO,高温,SiO2 2 C = Si + 2CO,高温,特性,人工降雨，灭火
4、,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,滴入酚酞溶液呈红色, Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （胶体）+2NaCl,实验探究,滴入盐酸有白色胶状物质产生,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
5、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H2SiO3,H2SiO3 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
6、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,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SiO2H2O,2、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,Na2O SiO2,2MgO SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,K(Al3Si3O10)(OH)2,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O3
7、2SiO22H2O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 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,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（Al2O32SiO22H2O ） 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（S
8、iC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=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2 ,高温,纯硅的制备,课本P81 9T,5.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）,