1、第一節(jié)第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅硅硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3%硅的存在與分布硅的存在與分布存在：硅是親氧元素，沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以存在：硅是親氧元素，沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以氧化物和硅酸鹽的形式存在）氧化物和硅酸鹽的形式存在）分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。元素。圖圖 4-1 4-1 硅的廣泛存

2、在硅的廣泛存在硅和碳硅和碳一樣一樣, ,其原子其原子既不易失去電子，也不易得到電既不易失去電子，也不易得到電子，子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑, ,主要形成主要形成四價(jià)化合物四價(jià)化合物CSi碳碳是構(gòu)成有機(jī)物是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素的主要元素硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素多礦物的主要元素從從原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)硅認(rèn)識(shí)硅硅有硅有晶體硅晶體硅和和無(wú)定形硅無(wú)定形硅兩種同素異兩種同素異形體形體一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)1 1、灰黑色，有金屬光澤，硬而、灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體脆的固體2 2、熔點(diǎn)高、硬度大熔點(diǎn)高、硬度大1 1、與氟氣反應(yīng)：、與氟氣反應(yīng)：2 2、與氫氟

3、酸反應(yīng)：、與氫氟酸反應(yīng)：3 3、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：4 4、與氯氣反應(yīng)：、與氯氣反應(yīng)：5 5、與氧氣反應(yīng)、與氧氣反應(yīng)Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2高溫高溫硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑不活潑，常溫下，與常溫下，與氫氟氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿反應(yīng)。酸、氟氣、強(qiáng)堿反應(yīng)。加熱情況下，也能跟一些非金屬加熱情況下，也能跟一些非金屬(Cl2 O2)反應(yīng)。反應(yīng)。硅的工業(yè)制法 ： 粗硅： 純硅：2C+ SiO2= Si+2CO高溫Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+

4、4HCl高溫5.5.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間, ,是良好的是良好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料鍵材料. .硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。硅芯片 在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。 硅在電子工業(yè)中重要作用二氧化硅二氧化硅

5、(SiO2)硅石硅礦山結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙二、二、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅石硅石無(wú)色透明無(wú)色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇iO2是自然界中沙子、石英的主要成分。是自然界中沙子、石英的主要成分。結(jié)結(jié)晶的晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英；天然天然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅石。2 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 每每1個(gè)個(gè)Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合4個(gè)個(gè)O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個(gè)頂角。在四個(gè)頂角。 同時(shí)每同時(shí)每1個(gè)個(gè)O原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合2個(gè)個(gè)Si原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。 二氧化硅中氧原子

6、與硅原子個(gè)數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1，用，用SiO2來(lái)表示來(lái)表示二氧化硅的組成二氧化硅的組成,表示表示O與與Si的原子個(gè)數(shù)比的原子個(gè)數(shù)比,不是分子式是化學(xué)式。不是分子式是化學(xué)式。SiOSiO4 4 四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了構(gòu)決定了SiOSiO2 2具有優(yōu)具有優(yōu)良的物理和良的物理和化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)3、物理性質(zhì)物質(zhì)物質(zhì)SiO2CO2狀態(tài)（常溫）狀態(tài)（常溫）氣體氣體熔點(diǎn)熔點(diǎn)-56.6 沸點(diǎn)沸點(diǎn)-78.5-78.5 溶解性溶解性1：1硬度硬度固體16102230不溶大物理性質(zhì)物理性質(zhì):_化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性:_通常條件下，很穩(wěn)定通常條件下，很穩(wěn)定硬度大、熔點(diǎn)高

7、、難溶于水硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水4 4、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（通常很不活潑通常很不活潑）1、具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性（1）與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水）與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水（2）與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽）與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽（有粘性，其溶液俗稱水玻璃有粘性，其溶液俗稱水玻璃）實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞瓶用橡膠塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiOSiO2 2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。因塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。因此盛裝此盛裝NaO

8、HNaOH溶液的試劑瓶不溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。能用玻璃塞而要用橡膠塞。SiF42H2O此反應(yīng)常用于雕刻玻璃此反應(yīng)常用于雕刻玻璃不能與水反應(yīng)思考思考: :實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？ HFHF能腐蝕玻璃能腐蝕玻璃. .因此，盛裝因此，盛裝氫氟酸氫氟酸不能用玻不能用玻璃試劑瓶而要用璃試劑瓶而要用塑料瓶塑料瓶。 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 狀狀 態(tài)態(tài) 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài)熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn) 硬硬度度熔沸很低熔沸很低熔點(diǎn)高，硬度大熔點(diǎn)高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與與 酸酸 用用

9、途途人工降雨，滅火人工降雨，滅火,飲料等飲料等P75, 圖圖45與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能與氫氟酸反應(yīng)能與氫氟酸反應(yīng)二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)比較5、二氧化硅的用途由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。光學(xué)纖維胃鏡 石 英 制 品水晶石英、瑪瑙二氧化硅用來(lái)制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的

10、玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3萬(wàn)門電話。 三、硅酸三、硅酸( (H2SiO3 ) ) 硅酸是一種硅酸是一種白色粉末狀白色粉末狀的的固體固體，它，它不溶于水不溶于水；是一種；是一種弱酸弱酸，酸性比碳酸性比碳酸還弱，酸還弱，不能使指示劑變色。不能使指示劑變色。 思考思考二氧化硅難溶于水，又不二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)，那與水反應(yīng)，那么，么，如何制得硅如何制得硅酸呢？酸呢？實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1：向飽和：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸再滴入稀鹽酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論方程式方

11、程式滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈紅色紅色 Na2SiO3溶液呈堿性溶液呈堿性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （膠體）（膠體）+2NaCl實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水硅酸難溶于水用用HH2 2COCO3 3可制得可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可證明，可證明HH2 2SiOSiO3 3 的酸性比的酸性比HH2 2COCO3 3弱。弱。SiOSiO3 32- 2- + H+ H2 2O + COO + CO2 2= CO= CO3 32- 2- + H+ H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O + C

12、OO + CO2 2 = Na= Na2 2COCO3 3 + H+ H2 2SiOSiO3 3 向向Na2SiO3溶液中通如溶液中通如CO2也可生成也可生成H2SiO3弱弱酸性。只能與酸性。只能與強(qiáng)堿強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)發(fā)生中和反應(yīng)不穩(wěn)定不穩(wěn)定(比比H2CO3穩(wěn)定穩(wěn)定)，受熱易分解，受熱易分解 H2SiO3 = SiO2 + H2OH2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2OH2SiO3 的化學(xué)性質(zhì)生成的硅酸逐漸聚合而形成成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠硅酸溶膠（能流動(dòng)）（能流動(dòng)），當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會(huì)形成當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會(huì)形成硅酸凝膠硅酸凝膠（不能流（不能流動(dòng)）動(dòng)），

13、硅酸凝膠經(jīng)過(guò)干燥脫水就形成，硅酸凝膠經(jīng)過(guò)干燥脫水就形成硅膠硅膠。硅膠硅膠的用途：的用途：干燥劑（吸水），干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），吸附劑（多孔），催化劑的載體。催化劑的載體。（1）Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2）酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱. H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加熱Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3四、四、硅酸鹽硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定穩(wěn)定。硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱水其水溶液俗稱水玻璃，

14、是制備硅膠和木材防火劑等的原玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。料。是由是由硅、氧硅、氧和和金屬金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。2、硅酸鹽組成表示、硅酸鹽組成表示硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃閱讀教

15、材閱讀教材78-793、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸鹽產(chǎn)品、硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥生產(chǎn)原料：黏土生產(chǎn)原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)過(guò)程：混合生產(chǎn)過(guò)程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -燒結(jié)燒結(jié)- -冷卻冷卻主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型絕緣、易成型陶陶 瓷瓷玻璃玻璃原料：純堿、石灰石、石英原料：純堿、石灰石、石英設(shè)備：玻璃窯設(shè)備：玻璃窯條件：高溫熔融條件：高溫熔融主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：主要成份：硅酸鈉、硅酸鈣、主要成份：硅酸鈉、硅酸鈣、

16、高溫SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2高溫加入了不同的金屬氧化物加入了不同的金屬氧化物普通玻璃加熱接近熔化普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻再急速冷卻玻璃玻璃水泥水泥原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏 CaCO3、 Al2O32SiO22H2O 設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯條件：煅燒條件：煅燒主要成份：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁主要成份：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等酸三鈣等 3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3產(chǎn)產(chǎn)品品主要原料主要原料主要設(shè)備主要設(shè)備反應(yīng)反應(yīng)條件條件主要成分主要成分水水泥泥粘土、石灰粘土、石灰石

17、、石膏石、石膏水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯 高溫高溫硅酸三鈣：硅酸三鈣：3CaO3CaOSiOSiO2 2硅酸二鈣：硅酸二鈣：2CaO2CaOSiOSiO2 2鋁酸三鈣：鋁酸三鈣：CaOCaOAlAl2 2O O3 3玻玻璃璃純堿、石灰純堿、石灰石、石英石、石英玻璃窯玻璃窯高溫高溫NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 2硅酸鹽產(chǎn)品簡(jiǎn)介 新型無(wú)機(jī)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：1、能承受高溫，強(qiáng)度高2、具有電學(xué)特性3、具有光學(xué)特性4、具有生物功能玻璃刀玻璃刀輪片紅寶石為軸的雷達(dá)表人造金剛石鋸片新型無(wú)機(jī)非金屬材料之一：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等79 科

18、學(xué)視野：新型陶瓷 、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 、壓電陶瓷、壓電陶瓷 、透明陶瓷、透明陶瓷 、超導(dǎo)陶瓷、超導(dǎo)陶瓷新型陶瓷的用途之一新型陶瓷的用途之一:航天飛機(jī)的航天飛機(jī)的“防火衣防火衣”防熱防熱瓦瓦生產(chǎn)過(guò)程：使用硅土黏合劑將低密度非晶硅增強(qiáng)纖維粘合成長(zhǎng)15cm，寬15cm，厚210cm的拱形瓦，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，再在表面涂上一層高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，就成了一塊防熱瓦高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用防熱瓦的優(yōu)點(diǎn)：防熱瓦的優(yōu)點(diǎn)： 耐熱（可承受耐熱（可承受2000） 防潮防潮 耐磨耐磨 超群的隔熱能力超群的隔熱能力 反射太陽(yáng)光反射太陽(yáng)光 可重復(fù)使用可重復(fù)使用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用航天飛機(jī)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用兩年半前，正是由于塑料泡沫部件在發(fā)射時(shí)撞壞了一片防熱瓦，導(dǎo)致美國(guó)的“哥倫比亞”號(hào)返航時(shí)在空中解體。超導(dǎo)陶瓷：超導(dǎo)陶瓷： 所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時(shí)，它的電高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時(shí)，它的電阻減小阻減小,當(dāng)溫度降到當(dāng)溫度降到-269（液氮溫度，為（液氮溫度，為4K）左右時(shí)，水銀的電阻變?yōu)榱悖@種現(xiàn)）左右時(shí)，水銀的電阻變?yōu)榱悖@種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象象叫超導(dǎo)現(xiàn)象 我國(guó)研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界溫度為