1、硅谷 silicon valley,美国的硅谷“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊.由于它集中了全世界0以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。,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,在地壳中的含量仅次于 ，居第二位，占26.3%。自然界中它容易与化合，是一种亲元素。,氧,氧,氧,1.硅的存在,你知道吗？,通过下列图片你能总结归纳出硅元素在自然界中的存在吗？,观察与思考,硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。硅是岩石和许多矿物的基本元素。,氧化物
2、硅酸盐,石灰岩 碳酸盐 碳的氧化物,+4,+2 +4,2.碳和硅元素的比较,碳和硅既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。 都是亲氧元素，但是硅的亲氧能力更强，*硅无游离态单质状态。,有结晶形（石英晶体）无定形硅藻土,玛瑙,1.二氧化硅（SiO2）,存在：,水晶,一、二氧化硅和硅酸,SiO2的网状结构决定了 它优良的物理和化学性质,结构:,正四面体 ，空间网状结构 硅氧原子比例：1 : 2 没有SiO2 分子存在只存在硅氧原子,O,Si,1.二氧化硅（SiO2）,固体,1610,2230,不溶,大,1.二氧化硅（SiO2）物理性质：,石英研钵,光导纤维,坩埚,水晶,1.二氧化硅（Si
3、O2）,用途:主要用作装饰、石英坩埚、光纤,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,1.二氧化硅（SiO2）,用途:主要用作装饰、石英坩埚、光纤,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,熔点低,气 态,人工降雨，灭火等,回忆二氧化碳的性质,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有SiO2）,化学性质:酸性氧化物,1.二氧化硅（SiO2）,（此反应常用于刻蚀玻璃）,实验室为什么不用玻璃瓶盛
4、装氢氟酸？ 特性SiO24HF=SiF42H2O,化学性质:,1.二氧化硅（SiO2）,SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,是两性氧化物?,二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，所以 只属于酸性氧化物。,难溶于水、不能与水反应,弱氧化性,工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户”！,化学性质:,1.二氧化硅（SiO2）,高温,电炉,SiO2 + CaO = CaSiO3,与碱性氧化物生成盐,高温,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,S
5、iO2+CaO=CaSiO3,固 态,熔点低,气 态,熔点高、硬度大,SiO24HF= SiF4 2H2O,人工降雨，灭火等,装饰、石英坩埚、光纤,回忆二氧化碳的性质,高温,滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成,Na2SiO3溶液呈碱性， Na2SiO3与酸反应生成了H2SiO3（白色胶状沉淀）,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl,2.硅酸 (H2SiO3),1、制备:,可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应,SiO32- + 2H+ = H2SiO3,把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中,会有什么现象？,Na2SiO3+ CO2+H2O=
6、 H2SiO3 +Na2CO3,结论：硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸，溶解度小。,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？,滴入硫酸有硅酸凝胶产生,硅酸难溶于水（白色胶状沉淀）,Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4,2.硅酸 (H2SiO3),硅酸的性质 物理性质:白色,胶状,不溶于水的物 化学性质: 弱酸性酸性比碳酸弱.H2SiO3 + 2NaOH=2H2O + Na2SiO3不稳定性,2.硅酸 (H2SiO3),生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。常常用作干燥剂。也可用作催化剂的载体。,用途：可作干燥剂和催化剂的载体,二、
7、硅酸盐,定义：,是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称,性质：,硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的 可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Ka2SiO3,表示方法：,化学式法：,适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。,氧化物法： 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。,例如： Na2SiO3 :,Al2(Si2O5)(OH)4 ：,Ca(Al2Si3O10)3H2O：,钙沸石,正长石,高岭石,CaOAl2O33SiO23H2O,K2OAl2O36SiO2,（活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水）,Na2OSiO2,Al2O32SiO22H2O,KAlSi3O
8、8 ：,（2）氧化物法：,硅酸盐氧化物组成的书写规律：,1.各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。2. 顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“”间隔。3.注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。,1、硅酸钠（Na2SiO3）最简单的硅酸盐,是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂,水分蒸发后燃烧,水分蒸干后不燃烧,硅酸钠能防火,水不能防火,物理性质：,化学性质： 热稳定性好，不燃烧 实验4-2,问一问,硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什 么现象？为什么？,硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白
9、色浑浊。因 为发生下列反应：,Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3,与盐反应,与酸反应,Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,化学性质：,硅酸钠的用途：,1.水溶液有粘性，做粘合剂。 2.作防火剂。 3.做肥皂填充剂。,硅酸钠的性质：,相对稳定，不能燃烧，不易腐蚀，水溶液呈碱性。热稳定性好。,看一看,你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗,水泥和玻璃,（1）玻璃：,Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(Na2OCaO6SiO2),2.硅酸盐工业,原料：纯碱、石灰石、石英 设备：玻璃窑 条件：高温熔融 主要反
10、应：主要成份：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅,高温,SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2,高温,石膏的作用是调节水泥硬化速度。,（2）水泥：,2.硅酸盐工业,原料：黏土、石灰石、石膏 设备：水泥回转窑 条件：煅烧 主要成份：,硅酸三钙：3CaOSiO2 硅酸二钙：2CaOSiO2 铝酸三钙：CaOAl2O3,（3）传统硅酸盐陶瓷：传统硅酸盐陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成。,2.硅酸盐工业,描述景德镇的陶瓷: 薄如纸,声如磬,色如玉.,透明陶瓷 高压钠灯管,生物陶瓷人造骨,新型无机非金属材料之一：,高温结构陶瓷、压电陶瓷
11、,新型陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,航天飞机,高温结构陶瓷的应用,资料:,两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚”号返航时在空中解体。,压电陶瓷,利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。,超导陶瓷：,所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小,当温度降到-269（液氮温度，为4K）左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处于世界领先水平。,硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可溶物质
12、随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面巨大且一般带负电，能吸收NH4+，K等营养离子，从而具有保肥能力。,硅酸盐是如何具有保肥能力的？,思考,三、硅单质(晶体硅是良好的半导体材料),1.硅的存在和状态：,(1)在自然界中硅元素只有化合态，无游离态； (2)与碳相似，单质硅也有晶体硅和无定形硅。,2.物理性质：,（1）灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体 （2）熔、沸点高、硬度大 （3）晶体硅是良好的半导体,3.化学性质：,在常温下,硅的化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸和强碱外,硅不跟其他物质,如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。,在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应
13、。,常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和 NaOH溶液反应。,Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2,Si2NaOHH2ONa2SiO32H2,SiO2 SiO2,（1）SiO2+2C = Si+2CO （粗硅）若C过量：SiO2+3C = SiC + 2CO （2） Si+2Cl2 = SiCl4 （3）SiCl4+2H2 = Si+4HCl （高纯硅）,4、硅的制备,高温,高温,高温,高温,氧化剂、还原剂质量比：1/2,0,4,2,碳化硅（俗名：金刚砂） 课本P78,硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心,硅太阳能电池,5、用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和
14、人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。,金刚砂,硅钢,硅橡胶,生物陶瓷,具有特殊功能的含硅物质：,具有特殊功能的含硅物质：,.碳化硅（SiC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。 .硅 钢（铁合金）导磁性良好， 用作变压器铁芯。,硅橡胶 (最好的既耐高温又耐 低温的橡胶)分子筛 （具有均匀微孔结构的铝 硅酸盐。）,一、SiO2和H2SiO3,SiO2酸性氧化物可以与HF反应 H2SiO3比碳酸还弱的酸,三、单质硅 结构与金刚石的相似,二、硅酸盐工业,1.下列关于硅的说法不正确的是( ) A硅是非金属元素，它的单质是灰黑色是具有金属光泽的固体 B硅的导电性能介于
15、金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D加热到一定温度时硅能与Cl2、O2等非金属反应,C,2.(2012兰州高一检测）生石灰中含有碳酸钙和二氧化硅，要检验这两种杂质是否存在，选用的试剂最好是( ) A稀盐酸 B水 C烧碱溶液 D稀硫酸 3.将过量的CO2分别通入： CaCl2溶液； Na2SiO3溶液； Ca(OH)2溶液； 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )A B C D,A,B,4硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中不 正确的是( ) A.硅单质可用来制造太阳能电池 B.硅单质是制造玻璃的主要原料 C.石英(SiO2)可用来制作工艺品 D.二氧化硅是制造光导纤维的材料 5.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,B,C,6.硅酸的工业制法是:将稀释好的硅酸钠和硫酸反应生成水凝胶,经水洗干燥得成品。有关的化学方程式是 。,Na2SiO+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3(胶体),只要不放弃努力和追求，小草也有点缀春天的价值。人生的成功不过是在紧要处多一份坚持，人生的失败往往是在关键时刻少了坚持。,
