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- 2021-07-02 发布
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第
4
章 材料家族中的元素
学习目标
第
1
节 硅 无机非金属材料
1.了解硅及二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。
2.了解硅在半导体工业和二氧化硅在现代通信业的重要应用,传统的硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产、生活中的重要应用。
3.体会组成材料的物质的性质与材料性能的密切关系,认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响,学会关注与化学有关的社会热点问题。
一、预习点拨:
1
、自然界中的硅都是化合态,在地壳中含量居第二位。
2
、硅有晶体硅和无定形硅两种,两者互为同素异形体。
3
、晶体硅是非金属单质,但是具有金属光泽。
4
、最早使用的半导体材料是
Ge,
现在使用的半导体材料是
Si
。
Si
是半导体,
SiO
2
是绝缘体。
5
、
Si
用于制造太阳能电池,
SiO
2
用于制造光导纤维。
7
、沙子、石英、水晶、玛瑙的主要成分就是
SiO
2
。
9
、硅酸(
H
2
SiO
3
)是一种难溶于水,受热易分解,酸性比碳酸弱的弱酸。
10
、硅酸钠水溶液又称水玻璃、泡花碱,是一种粘合剂。
8
、单质硅与
SiO
2
的硬度大、熔沸点都很高,
结构和金刚石类似。
6
、
SiO
2
是由硅原子和氧原子构成的
。
最外层电子数都是
4
个
硅和碳一样
,
其原子既不易失去又不易得到电子。
结论:常温下硅的化学性质不活泼
。
硅、碳原子结构与化学性质的分析归纳:
硅的原子结构示意图
碳的原子结构示意图
化学性质
常温下:
性质稳定,除
氟气、氢氟酸、氢氧化
钠
外,一般不反应。
加热下:
Si+O
2
==
SiO
2
了解:
Si+4HF
=
=
SiF
4
↑
+2H
2
↑
记忆:
Si+2NaOH+H
2
O
=
=
Na
2
SiO
3
+2H
2
↑
Si+2Cl
2
===SiCl
4
高温
硅的工业制法
制
粗硅
:
SiO
2
+2C ===Si + 2
CO
↑
氧化剂:
SiO
2
高温
还原剂:
C
注意产物是
CO
转移电子为?
制备高纯度的硅:
Si+2Cl
2
===SiCl
4
高温
SiCl
4
+2H
2
===Si+4HCl
高温
二氧化硅与二氧化碳的比较
二氧化碳
CO
2
二氧化硅
SiO
2
物质分类
与碱性氧化物(
CaO
)
与
NaOH
反应
与水反应
均属于酸性氧化物
CaO
+
SiO
2
CaSiO
3
高温
CO
2
+
2NaOH
=
Na
2
CO
3
+H
2
O
CO
2
+
NaOH
=
NaHCO
3
SiO
2
+
2NaOH=Na
2
SiO
3
+H
2
O
CO
2
+
H
2
O
=
H
2
CO
3
不反应(重点)
不反应
SiO
2
+4HF==SiF
4
↑
+ 2H
2
O
CO
2
+
CaO
=
CaCO
3
高温
与酸不反应
2
、实验室盛放
NaOH
溶液的试剂瓶用橡皮塞
而不用玻璃塞
,
你知道是为什么吗
?
3
、
SiO
2
是酸性氧化物,如何制取
H
2
SiO
3
?
1
、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸
(HF)
?
玻璃花雕刻工艺
?
SiO
2
+4HF==SiF
4
↑
+ 2H
2
O
SiO
2
+
2NaOH ==Na
2
SiO
3
+H
2
O
生成的硅酸钠是一种粘合剂易将瓶塞和瓶口粘结在一起。
Na
2
SiO
3
+H
2
O+CO
2
==H
2
SiO
3
↓
+Na
2
CO
3
无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
三、传统无机非金属材料
——
硅酸盐产品
三种硅酸盐工业生产比较
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
____________
_____________
______
_____
主要设备
____________
________
陶瓷窑
生产条件
高温
石灰石、黏土
纯碱、石灰石
黏土
水泥回转窑
玻璃窑
和石英
a.
表示顺序为:活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水;
b.
氧化物之间用
“
●
”
隔开;
c.
氧化物的系数若出现分数时应化为整数。
如
:
钾长石
(KAlSi
3
O
3
)
K
2
O
●
Al
2
O
3
●
6SiO
2
硅酸钠(
Na
2
SiO
3
)
Na
2
O
●
SiO
2
钠长石(
NaAlSi
3
O
3
)
Na
2
O
●
Al
2
O
3
●
6SiO
2
硅酸盐组成的表示方法:
①
盐式法:
②
氧化物式法:
CaSiO
3
CaO· SiO
2
玻璃
普通玻璃
:
以纯碱、石灰石和石英
(SiO
2
)
为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融制得。
①
有关反应的化学方程式:
Na
2
CO
3
+SiO
2
==== Na
2
SiO
3
+CO
2
↑
CaCO
3
+SiO
2
==== CaSiO
3
+CO
2
↑
②
主要成分:
Na
2
SiO
3
、
CaSiO
3
、
SiO
2
(Na
2
O•CaO•6SiO
2
)
硅酸 (
H
2
SiO
3
)
1
、制备:
如何制得硅酸?能用
SiO
2
与水反应制得吗?为什么?
向饱和
Na
2
SiO
3
溶液中滴入酚酞,再滴入稀盐酸
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
Na
2
SiO
3
溶液呈碱性,与酸反应生成了
H
2
SiO
3
Na
2
SiO
3
+ 2HCl = H
2
SiO
3
+ 2NaCl
Na
2
SiO
3
+H
2
O+CO
2
=H
2
SiO
3
+Na
2
CO
3
①物理性质:白色,胶状,
不溶于水
②化学性质:弱酸性,
酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与碱反应生成盐和水
H
2
SiO
3
+2NaOH==2
H
2
O
+
Na
2
SiO
3
③不稳定性
H
2
SiO
3
===H
2
O+SiO
2
加热
2、硅酸的性质:
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称,在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物,一般都不溶于水,化学性质很稳定。
硅酸钠(Na
2
SiO
3
)
Na
2
SiO
3
是白色固体,易溶于水,水溶液俗称水玻璃,是无色粘稠状液体,是一种矿物胶。常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。在空气中易变质
:
2
、在多年使用的厨房里,久未更换的玻璃往往失去光泽,严重的还会形成白色斑点,这种现象化学上叫做“碱析”,产生碱析的化学方程式为
___________________
。
学以致用
1
、三硅酸镁被用来治疗胃酸过多引发的胃溃疡,是因为该物质不溶于水,服用后能中和胃酸,作用持久。把三硅酸镁(
Mg
2
Si
3
O
8
·
n
H
2
O
)写成氧化物的形式为
。
2MgO.3SiO
2
.
n
H
2
O
Na
2
SiO
3
+CO
2
+H
2
O=H
2
SiO
3
↓
+Na
2
CO
3
硅元素
单质硅
Si + F
2
Si + HF
Si +
NaOH
加热能与某
些非金属单
质
(O
2
、
Cl
2
)
反应
O
2
Na
2
SiO
3
、
CaSiO
3
二氧化硅是光导纤维
的主要原料,光导纤
维可用作通讯材料和
制造医用内窥镜等
硅可制造集成路、太阳能电池等;硅合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设备等
只有化合态
SiO
2
硅酸盐
C
高温
HF
无游离态
常温不活泼