1、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,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。,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？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,一.半导体材料与单质硅,1.硅的存在和单质硅的物理性质：,硅在地壳含量居第二位，主要以硅石或硅酸盐形式存在。单质硅有晶体硅和无定型硅两种.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其导电性介于导体和绝缘体之间。,2硅的化学性质：,常温下不活泼，除氟气、氢氟酸和强
2、碱外，一般不与其他物质反应。加热条件下，可与氧气反应。,3硅的工业制法：,工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯。,-作半导体材料；制造太阳能电池；制造硅合金等。,4.硅的主要用途,太阳能电池,单晶硅及抛光硅片,二.硅及其化合物的作用,硅的用途树形图,二、二氧化硅(silicon dioxide),水 晶,玛瑙,阅读科学视野,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。,透过图片思考: 二氧化硅具有哪些物理性质? 化学稳定性如何?你的根据是什么? SiO2的这些性质是由什么决定的？,不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。,1.物理性质：,二、二氧化硅(silico
3、n dioxide),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？,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3,高温,SiO2 + CaCO3 = CO2 + CaSiO3,高温,2.化学性质,不与酸反应（除氢氟酸以外）,SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O,你知道玻璃花雕刻工艺吗？,2.化学性质,SiO2 + CaO = CaSiO3,SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O,高温,是酸性氧化物,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,现在同学们知道为什么
4、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞了吗？,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，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品?你的依据是什么? 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_,考考你！,3、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,二氧化碳,二氧化硅,空气,硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子、硅藻土,熔、沸点低， 微溶于水,熔点高，硬度大，不溶于水,CO2+H2O=H2CO3,不反应,CO2+2NaOH
5、=Na2CO3+H2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+CaO=CaCO3,存 在,物理性质,不反应,与氢氟酸反应,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,化学性质,与水反应,与NaOH反应,与CaO反应,与酸反应,二、硅酸(H2SiO3),实验1:向饱和Na2SiO3溶液中，滴入酚酞，再滴入稀盐酸,现象,结论,方程式,滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有有白色胶状沉淀产生,Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水,探究1：怎样由石英(SiO2)制取硅酸？,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,三、硅酸,硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验
6、论证你的推断。,实验探究2：,实验2：将CO2通入Na2SiO3溶液中,现象：透明的硅酸凝胶生成,方程式：,Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 +Na2CO3,你的结论：,硅酸是一种很弱的酸， 酸性比碳酸还弱,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“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 CO2 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
7、酸 D.碳酸钠溶液 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 5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ） A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚 C.铁坩埚 D.陶瓷坩埚,C,C,B,课堂回顾练习:,C,课堂练习,下列说法正确的是（ ） A.SiO2是酸性氧化物，所以可以和碱反应， 不和任何酸反应。 B.CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 C.SiO2对应的酸有不同的组成 D.SiO2跟水反应可得硅酸 E.SiO2晶体中不存在单个SiO2分子,BCE,CO2通入下例各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ）A、氯化钙溶液 B、石灰水C、饱和碳酸钠
8、溶液D、硅酸钠溶液,A,请尽可能多地列举出你见过的广泛使用的无机非金属材料。,常见的无机非金属材料有：天然砂石、泥土、水泥、玻璃、陶瓷、搪瓷、砖瓦、水玻璃等,四、硅酸盐与无机非金属材料,交流研讨,1.黏土、钾长石、钠长石的成分分别是什么?,3.生产玻璃、水泥的主要原料分别是什么？,2. 水玻璃、普通玻璃、普通水泥的主要成分分别是什么?,4.生产玻璃的主要反应是什么？为什么玻璃没有固定的熔点？,5.什么是混凝土与钢筋混凝土？,Al2O3 2SiO2 2H2O ， K2O Al2O3 6SiO2 ， Na2O Al2O3 6SiO2,Na2SiO3的水溶液 ； Na2SiO3、CaSiO3、SiO
9、2 ； 3CaO SiO2、2CaO SiO2、3CaO Al2O3,混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物 钢筋混凝土：水泥+沙子+碎石+钢筋,阅读思考,高温,高温,水泥与玻璃的生产比较,在制玻璃的原料中，再加入下列物质，可制得不同用途的玻璃。 （1）制造化学仪器:硼砂（Na2B4O710H2O） （2）制造光学仪器铅玻璃:氧化铅（PbO） （3）制造蓝色玻璃:氧化钴（Co2O3） （4）制造红色玻璃:氧化亚铜（Cu2O）,你知道吗?,氮化硅陶瓷：是一种高温结构陶瓷，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、不易传热、电绝缘性、高硬度等优点。用它做的柴油机，不需用水冷却，热效率高。目前，世界上只有我国等 少数国
10、家能够制造这种柴油机。除此之外，还有碳化硅陶瓷、碳化硼陶瓷、氧化铝陶瓷等。,航天飞机加装氮化硅结构陶瓷防热瓦，抵御在高速飞行中空气摩擦造成的高热。,用氮化硅材料制成的活塞可抗高温及高腐蚀性。,以陶瓷发动机 组装的沙漠车,生物陶瓷制 品,植入陶瓷的品种与用途,生物陶瓷,具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷. 压电陶瓷十分敏感,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,常用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。,压电陶瓷点火器,压电陶瓷,材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的发展史就是一部人类文明史。 没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，
11、就没有今天的奔腾586；没有特殊的新型材料，风云二号气象卫星就无法上天。 一种新材料的发现可能会给社会带来革命性的变化，但科技的发展和社会的进步往往受到材料的制约。新材料不断涌现，如1985年发现了C60。旧材料的功能也在拓展，如石英早就存在，石英钟的普及却是近年的事，光导纤维使玻璃“老爷爷”又焕发了青春。,新型无机非金属材料在不同领域中的应用,展望21世纪,材料科学的前景是美好的: 1.光电转换材料,分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化; 2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善(如“白色污染”将被消除) 3.高温超导材料将进入实用阶段; 4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用; 5.纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通社会需要材料，材料离不开化学。同学们一定要学好化学,将来开发和应用更多更好的新材料,为祖国的社会主义建设服务。,未来材料发展的趋势,
