無機非金屬材料的主角硅

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1、巖 石 沙 子 沙 、 土 壤 硅 在 地 殼 中 的 含 量 居 第 二 位 （ 26.3 ） ,硅的 氧 化 物 及 硅 酸 鹽 構(gòu) 成 了 地 殼 中 大 部 分 的 巖 石 、沙 子 和 土 壤 ,約 占 地 殼 質(zhì) 量 的 90%以 上 .第 一 節(jié) 無 機 非 金 屬 材 料 的 主 角 硅 碳 是 構(gòu) 成 有 機 物 的 主 要元 素硅 是 構(gòu) 成 巖 石 與 許 多礦 物 的 基 本 元 素硅 ：一 、 二 氧 化 硅 和 硅 酸你 知 道 嗎 ? 硅 是 一 種 親 氧 元 素 .在 自 然 界 中 它 總 是 與 氧相 互 化 合 ， 形 成 的 二 氧 化 硅 或 硅 酸

2、 鹽 中 的 硅 原 子和 氧 原 子 結(jié) 合 非 常 牢 固 ， 一 旦 形 成 就 很 難 被 破 壞 ，所 以 ， 硅 只 以 化 合 態(tài) 存 在 于 自 然 界 中 （ 硅 的 氧 化物 和 硅 酸 鹽 等 ） ， 在 地 殼 中 含 量 居 第 二 位 （ 26.3 ） ， 沒 有 游 離 態(tài) 的 硅 。 常 溫 下 ， 單 質(zhì) 碳 、 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 都 不活 潑 ， 為 什 么 碳 在 自 然 界 中 有 穩(wěn) 定 的 單 質(zhì) （ 金 剛石 ） 存 在 ， 而 硅 卻 沒 有 ？ 既 不 易 失 去 電 子 ， 也 不 易 得 到 電 子 ， 所 以 ,硅的 化 學(xué) 性 質(zhì)

3、 不 活 潑 ,主 要 形 成 正 四 價 化 合 物 自 主 學(xué) 習(xí) 二 氧 化 硅 廣 泛 存 在 于 自 然 界 ， 與 其 他 礦 物 共 同 構(gòu) 成 了巖 石 。 天 然 二 氧 化 硅 約 占 地 殼 總 質(zhì) 量 12%， 存 在形 態(tài) 主 要 有 ： 結(jié) 晶 型 和 無 定 型 ， 俗 稱 “ 硅 石 ” ?？?學(xué) 視野 二 氧 化 硅 的 結(jié) 構(gòu)硅氧二 氧 化 硅 是 由 Si和 O按 1： 2的 比 例 組 成 的 立 體 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu)的 晶 體 。 通 常 用 SiO 2來 表 示 二 氧 化 硅 的 組 成 。 SiO4四面 體 不 僅 存 在 于 SiO2晶 體 中

4、， 也 存 在 于 所 有 硅 酸 鹽 礦 石中 ?；?本 結(jié) 構(gòu) 單 元 ： 四 面 體 結(jié) 構(gòu) ， 每 個 Si接 4個 O， 每個 O接 2個 Si 硅 石 天 然 SiO2（ 硅 石 ） 結(jié) 晶 形（ 石 英 ）無 定 形 （ 硅 藻 土 ） - 做吸 附 劑 和 催 化 劑 的 載 體無 色 透 明 的 SiO2晶 體 叫 做 水 晶具 有 彩 色 環(huán) 帶 狀 或 層 狀 的 叫瑪 瑙 存 在 瑪 瑙沙 子 中 含 有 小 粒 的 石 英 晶 體 。 沙 子 的 主 要 成 分 就 是 SiO 2 光 導(dǎo) 纖 維 石 英 坩 堝 用 途 ： SiO2的 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 決 定 了 S

5、iO2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 鏡用光導(dǎo)纖維做手術(shù)，不用開刀 光 導(dǎo) 纖 維 石 英 ： 耐 高 溫 化 學(xué) 儀 器 、 石 英 電 子 表 、 石 英 鐘 水 晶 ： 電 子 工 業(yè) 的 重 要 部 件 、 光 學(xué) 儀 器 、 高 級工 藝 品 和 眼 鏡 片 瑪 瑙 ： 精 密 儀 器 軸 承 、 耐 磨 器 皿 和 裝 飾 品 根 據(jù) 二 氧 化 硅 的 存 在 和 用 途 ,分 析 ： 化 學(xué) 性 質(zhì) :思 考 與 交 流熔 點 高

6、 、 硬 度 大 、 難 溶 于 水 的 固 體 。 常 溫 下 ， 二 氧 化 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 不 活 潑 。 酸 性 氧 化 物 的 性 質(zhì) 高 溫 物 理 性 質(zhì) : a.與 堿 性 氧 化 物 反 應(yīng) 生 成 鹽SiO2 CaO = CaSiO3 SiO 2 2NaOH = Na2SiO3 硅 酸 鈉 （ 粘 合 性 ） H2O b.與 強 堿 反 應(yīng) 生 成 鹽 和 水 為 什 么 實 驗 室 中 盛 放NaOH溶 液 的 試 劑 瓶 用橡 膠 塞 而 不 用 玻 璃 塞 ? 特 性 反 應(yīng)： 雕 刻 玻 璃 塑 料 瓶實 驗 室 能 不 能 用 玻 璃 瓶 盛 裝 氫 氟

7、酸 ？ 防 止 玻 璃 中 的 SiO2與 NaOH溶 液 反 應(yīng) 生 成 粘 稠的 Na2SiO3， 使 瓶 塞 和 瓶 口 粘 結(jié) 在 一 起 粘 在 一 起 。想 一 想這 些 漂 亮 玻 璃 杯 圖 案 是 怎 么雕 刻 上 去 的 呢 ？ 在 玻 璃 表 面 涂 上 一 層 石 蠟 在 石 蠟 上 雕 刻 出 花 紋 ， 向 挖 空 部 分加 少 量 氫 氟 酸 洗 掉 酸 并 去 掉 石 蠟 CO2和 SiO2的 比 較物 質(zhì) 二 氧 化 硅 二 氧 化 碳化 學(xué) 式 SiO2 CO2物 理 性 質(zhì) 硬 度 大 ， 熔 、 沸 點高 ， 常 溫 下 為 固 體 ，不 溶 于 水 熔

8、 、 沸 點 低 ， 常 溫 下 為氣 體 ， 微 溶 于 水與 水 反 應(yīng)與 酸 反 應(yīng)與 堿 反 應(yīng)與 鹽 反 應(yīng) 與 堿 性 氧化 物 反 應(yīng) SiO2 4HF=SiF4 2H2OSiO2 2NaOH=Na2SiO3+H2O (盛 堿 液 的 試 劑 瓶 用 橡 皮 塞 )CO2 2NaOH=Na2CO3 H2O 或 CO2 NaOH=NaHCO3不 反 應(yīng)CO2 Na2CO3 H2O=2NaHCO3SiO2 CaO CaSiO3 CO2 Na2O=Na2CO3Ca(ClO)2 CO2 H2O=CaCO3 2HClOCO2 H2O H2CO3不 反 應(yīng) 性 質(zhì) ： 硅 酸 (H2SiO3

9、) 白 色 膠 狀 固 體 ， 不 溶 于 水 ,二 元 弱 酸 ， 酸 性 比碳 酸 還 弱 制 備 ：現(xiàn) 象 滴 加 酚 酞 試 液 后 溶 液 呈 紅 色 ， 滴 加 稀 鹽 酸 后 紅 色變 淺 最 后 無 色 ， 有 白 色 透 明 的 膠 狀 物 生 成 。結(jié) 論 1.硅 酸 鈉 水 溶 液 呈 堿 性 。 2.硅 酸 不 溶 于 水 。 實 驗原 理 實 驗 4-1 硅 酸 的 制 備Na 2SiO3+2CO2（ 足 量 ） +2H2O=2NaHCO3+H2SiO3 不 穩(wěn) 定 性 ： H2SiO3 = SiO2 + H2O想 一 想 ： 怎 樣 設(shè) 計 實 驗 制 取 H2Si

10、O3呢 ？ SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3CO2（ 少 量 ） +H2O=Na2CO3+H2SiO3SiO32- + 2H2O + 2CO2= 2HCO3 (強 酸 制 取 弱 酸 ） 硅 酸 溶 膠 硅 酸 凝 膠 硅 膠 生 成 的 硅 酸 逐 漸 聚 合而 形 成 硅 酸 溶 膠 ， 經(jīng) 干 燥 脫 水 就 形 成 硅 酸 干 凝膠 ， 稱 為 “ 硅 膠 ” 。 常 常 用 做 袋 裝 食 品 和 瓶 裝 藥品 的 干 燥 劑 。 也 可 用 做 催 化 劑 的 載 體 。硅 膠 的 制 取 和 用 途 （ 氯 化 鈷 、 溴 化 銅 ） 硅 膠

11、泳 帽 硅 膠 干 燥 劑不 溶 于 水 、 不 透 水 耐 腐 蝕 、 穩(wěn)定 無 味 無 毒吸 附 水 的 能 力 強 最 簡 單 的 硅 酸 鹽 是 硅 酸 鈉 （ Na2SiO3 ） ， 是 一種 可 溶 性 硅 酸 鹽 ， 硅 酸 鈉 的 水 溶 液 俗 稱 水 玻 璃 ,又 稱 泡 花 堿 ， 可 用 作 制 備 硅 膠 和 木 材 防 火 劑 及 黏膠 劑 等 的 原 料 ， 也 可 作 肥 皂 填 料 。 硅 酸 鹽 是 由 硅 、 氧 和 金 屬 組 成 的 化 合 物 的 總稱 ， 在 自 然 界 分 布 極 廣 。 硅 酸 鹽 是 一 大 類 結(jié) 構(gòu)復(fù) 雜 的 固 態(tài) 物

12、質(zhì) 。 硅 酸 鹽 大 多 不 溶 于 水 ， 化 學(xué) 性質(zhì) 很 穩(wěn) 定 。二 、 硅 酸 鹽 取 兩 個 小 木 條 或 濾 紙 條 ， 分 別 放 入 蒸餾 水 和 Na2SiO3飽 和 溶 液 中 ， 使 之 充 分 吸 濕 、 浸 透 ，取 出 稍 瀝 干 （ 不 再 滴 液 ） 后 ， 同 時 分 別 放 置 在 酒精 燈 外 焰 處 。 觀 察 現(xiàn) 象 。實 驗 4-2放 入 蒸 餾 水 放 入 2SiO3飽 和 溶 液現(xiàn) 象 水 分 蒸 發(fā) 后 燃 燒 水 分 蒸 發(fā) 后 不 易 燃 燒結(jié) 論 水 不 能 防 火 用 水 玻 璃 浸 泡 過 的 木 材 或 織 物 可 防 火資

13、料 卡 片 硅 酸 鹽 組 成 的 表 示硅 酸 鹽 的 種 類 繁 多 ， 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 其 組 成 的 表示 方 法 有 兩 種 ： 如 ： 硅 酸 鈉 Na2SiO3， 硅 酸 鈣 CaSiO3等 。 此 法 一般 用 于 組 成 較 簡 單 的 硅 酸 鹽 。 化 學(xué) 式 法 氧 化 物 法 通 常 用 二 氧 化 硅 和 金 屬 氧 化 物 的 組 合 形 式 表示 硅 酸 鹽 的 組 成石 棉 ： CaMg3Si4O12 云 母 ： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 【 注 意 事 項 】 由 于 硅 酸 鹽 的 組 成 與 結(jié) 構(gòu) 很復(fù) 雜 ， 為 了 簡 化 對

14、 硅 酸 鹽 組 成 的 表 示 方 法 ， 采 用了 氧 化 物 表 示 法 。 實 際 上 硅 酸 鹽 不 是 以 簡 單 氧 化物 形 式 存 在 的 ， 而 是 以 種 種 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 的 鹽 的 形 式存 在 的 ?！?注 意 事 項 】 以 氧 化 物 的 形 式 來 表 示 硅 酸鹽 的 組 成 ， 要 注 意 掌 握 寫 成 氧 化 物 的 書 寫 原 則 ；各 元 素 寫 成 相 應(yīng) 的 氧 化 物 ， 中 間 用 “ ” 間 隔 ， 而且 寫 成 氧 化 物 后 ， 原 化 學(xué) 式 中 各 元 素 的 原 子 的 個數(shù) 比 應(yīng) 保 持 不 變 ， 元 素 種 類 不 變

15、 ,價 態(tài) 保 持 不 變。 活 潑 金 屬 氧 化 物 較 活 潑 金 屬 氧 化 物 二 氧 化 硅 水 人 面 魚 紋 盆 (陶 瓷 ) 磚 瓦 (陶 瓷 )陶 瓷 ： 以 黏 土 為 原 料 ， 經(jīng) 高 溫 燒 結(jié) 而 成 。 日 用 器皿 、 建 筑 飾 材 、 衛(wèi) 生 潔 具傳 統(tǒng) 無 機 非 金 屬 材 料 硅 酸 鹽 材 料 以 含 硅 的 物 質(zhì) 為 原 料 ， 在 高 溫 的 條 件 下 制 成的 硅 酸 鹽 產(chǎn) 品 。 玻 璃 、 陶 瓷 、 水 泥 。 普 通 玻 璃 : 以 純 堿 、 石 灰 石 和 石 英 為 主 要 原 料 設(shè) 備 ： 玻 璃 窯 Na2CO3+

16、SiO2 = Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2高 溫高 溫現(xiàn) 代 建 筑 離 不 開 玻 璃 的 裝 飾 和 采 光 水 泥 ： 以 黏 土 、 石 灰 石 為 主 要 原 料設(shè) 備 ： 水 泥 回 轉(zhuǎn) 窯 水泥及其制品 金 剛 砂硅 鋼 硅 橡 膠-60-250具 有 特 殊 功 能 的 含 硅 的 物 質(zhì) 高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷科 學(xué) 視 野 新 型 無 機 非 金 屬 材 料 新 型 陶瓷透 明 陶 瓷透 明 氧 化 鋁 陶 瓷 高 壓 鈉 燈管 壓 電 陶 瓷生 物 陶 瓷 利 用 陶 瓷 ， 還 可 實 現(xiàn) 多 種 功 能 互 換 。 如 安 放在

17、 打 火 機 中 的 壓 電 陶 瓷 ， 一 經(jīng) 敲 打 即 刻 產(chǎn) 生 一 個電 火 花 ， 將 機 械 能 轉(zhuǎn) 變 成 電 能 。 這 種 陶 瓷 強 度 大 ,韌 性 好 ,與 人 體 親 和 力 好 ，目 前 它 是 人 體 骨 骼 和 牙 齒 的 重 要 移 植 材 料 。 在 這一 領(lǐng) 域 我 國 處 于 世 界 領(lǐng) 先 水 平 。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 高而 增 大 ， 當 金 屬 的 溫 度 降 低 時 ， 它 的 電 阻 減 小 ,當 溫 度 降 到 -269 （ 液 氮 溫 度 ， 為 4K） 左 右 時 ，水

18、銀 的 電 阻 變 為 零 ， 這 種 現(xiàn) 象 叫 超 導(dǎo) 現(xiàn) 象 我 國 研 制 的 超 導(dǎo) 陶 瓷 的 臨 界 溫 度 為 77K， 處 于 世界 領(lǐng) 先 水 平 。 科 學(xué) 視 野 硅 有 晶 體 硅 和 無 定 形 硅 兩 種 同 素 異 形 體 灰 黑 色 ， 有 金 屬 光 澤 ， 硬 而 脆 的 固 體 熔 、 沸 點 高 、 硬 度 大 晶 體 硅 是 良 好 的 半 導(dǎo) 體 材 料 （ 占 95 ）1.物 理 性 質(zhì) :2.化 學(xué) 性 質(zhì) ： Si + O 2(純 氧 ) = SiO2 三 、 硅 （ Si） 常 溫 下 加 熱 Si + 2F 2 = SiF4 高 溫 Si

19、 + C = SiC高 溫 用 途 作 為 良 好 的 半 導(dǎo) 體 材 料 ， 硅 可 用 來 制 造 集 成電 路 、 晶 體 管 、 硅 整 流 器 等 半 導(dǎo) 體 器 件 ， 還 可 以 制 成 太陽 能 電 池 ， 硅 的 合 金 可 用 來 制 造 變 壓 器 鐵 芯 等 。 常 溫 下 ， 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 不 活 潑 ， 除 氫 氟 酸 、氟 氣 、 強 堿 外 不 跟 其 他 物 質(zhì) 如 ： 氧 氣 、 氯 氣 、 硫酸 等 起 反 應(yīng) ， 但 在 加 熱 情 況 下 ， 硅 也 能 跟 一 些 非金 屬 反 應(yīng) 。 單 晶 硅 硅 芯 片 硅 太 陽能 電 池集 成 電 路 晶 體 管硅 芯 片 是 各 種 計 算 機 、 微 電 子 產(chǎn) 品 的 核 心信 息 技 術(shù) 光 電 池