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1、 第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角-硅硅硅元素的存在和结构硅元素的存在和结构（1 1）在地壳中的含量居第）在地壳中的含量居第 2 2 位位(2)(2)硅的硅的原子结构：原子结构：相似相似（3 3）在自然界中没有）在自然界中没有 的硅，的硅，只有以只有以 存在的硅，常见的是存在的硅，常见的是 、等等游离态游离态化合态化合态二氧化硅二氧化硅硅酸盐硅酸盐1.1.硅的工业制法硅的工业制法 ：粗硅：粗硅：粗硅提纯：粗硅提纯：2C+SiO2C+SiO2 2=Si+2CO=Si+2CO高温高温Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=Si
2、Cl4 4 SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温高温一、硅单质一、硅单质2.2.物理性质物理性质结构类似金刚石，为硬而脆的结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体灰黑色固体,熔点高熔点高,硬度大。硬度大。3.3.化学性质化学性质在常温下化学性质不活泼在常温下化学性质不活泼Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 2Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 44.4.用途：用途：是良好的是良好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料。硅是信息技术的关键材料。硅太阳能电池硅太阳能电池电脑的中央处理器电脑的中央处理器（CPUCPU）二、二氧化硅和
3、硅酸二、二氧化硅和硅酸(1(1)存在：存在：1 1.二氧化硅（二氧化硅（SiOSiO2 2）石英石英SiOSiO2 2无色透明无色透明水晶水晶彩色环状层状彩色环状层状玛瑙玛瑙（2 2）SiOSiO2 2的结构的结构:四面体结构四面体结构网状结构网状结构决定决定具有优良的物理具有优良的物理和化学性质和化学性质基本结构单元基本结构单元（3 3）物理性质：）物理性质：石英坩埚石英坩埚熔沸点比较熔沸点比较高高不溶于不溶于水水硬度比较硬度比较大大坚硬难熔的固体坚硬难熔的固体（4 4）化学性质：）化学性质：SiOSiO2 2的化学性质比较稳定的化学性质比较稳定与氢氟酸反应与氢氟酸反应:SiOSiO2 2+
4、4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O O玻璃中含有玻璃中含有SiOSiO2 2，所以，所以HFHF可以可以雕刻玻璃。雕刻玻璃。（特性）（特性）SiOSiO2 2属于酸性氧化物：属于酸性氧化物：与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3高温高温与强碱反应：与强碱反应：SiOSiO2 2 2OH2OHSiOSiO3 32 2H H2 2O OSiOSiO2 2 2NaOH 2NaOH NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶为什么用溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不
5、用玻璃塞？橡胶塞而不用玻璃塞？硅酸钠硅酸钠（粘合性粘合性）因为玻璃中含有SiO2,与NaOH反应生成有粘合性的硅酸钠，使瓶塞打不开。（5 5）用途：）用途：水晶装饰品水晶装饰品玛瑙装饰品玛瑙装饰品石英坩埚石英坩埚光导纤维光导纤维2.2.硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）是一种很弱的酸是一种很弱的酸 （比碳酸的酸性还弱）（比碳酸的酸性还弱）思考：思考：实验室如何制备实验室如何制备H H2 2SiOSiO3 3强酸制弱酸强酸制弱酸原理：原理：NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3(胶体）胶体）溶解度很小溶解度很小H H
6、2 2SiOSiO3 3干燥脱水干燥脱水硅酸干凝胶硅酸干凝胶（硅胶）（硅胶）硅胶用途：硅胶用途：干燥剂、催化剂的载体干燥剂、催化剂的载体三、硅酸盐：三、硅酸盐：（SiOSiO3 32-2-盐）盐）硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.1.硅酸钠（硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐其水溶液称为水玻璃其水溶液称为水玻璃制备硅胶制备硅胶 木材防火剂及黏胶剂等。木材防火剂及黏胶剂等。实验实验4-24-2NaNa2 2SiOSiO3 3 +H+H2 2O+COO+CO2 2 =Na=Na2 2COCO3 3+H+H
7、2 2SiOSiO3 3思考：思考：硅酸钠水溶液（水玻璃）硅酸钠水溶液（水玻璃）长期放置在空气中会变长期放置在空气中会变浑浊？浑浊？陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃2.2.硅酸盐产品：硅酸盐产品：（1 1）陶瓷：）陶瓷：原料：原料：AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O（黏土）黏土）生产过程：生产过程：复杂结构的硅复杂结构的硅酸盐酸盐用二氧化用二氧化硅和金属氧化硅和金属氧化物的形式表示。物的形式表示。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点高温、绝缘、易成型等许多优点(2)(2)玻璃：玻璃：原料：原料：纯碱、石灰石、石英纯碱
8、、石灰石、石英原理：原理：Na2CO3+SiO2 =Na2SiO3+CO2高温高温CaCO3+SiO2 =CaSiO3+CO2高温高温普通玻璃的成分普通玻璃的成分:NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2组成的组成的混合物。混合物。几几种种常常见见玻玻璃璃简简介介普通玻璃普通玻璃因混有二价铁的化合物显浅绿色因混有二价铁的化合物显浅绿色蓝玻璃蓝玻璃红玻璃红玻璃化学仪器玻璃化学仪器玻璃光学仪器玻璃光学仪器玻璃加入加入PbO钢化玻璃钢化玻璃光导纤维光导纤维加入加入Co2O3加入加入Cu2O提高提高SiO2的含量或加入的含量或加入B2O3加热到软化温度时急速冷却加热到软化温度时急速冷却变色玻璃变色玻璃加入加入AgBr和微量和微量CuO石英玻璃纤维（高纯度的石英玻璃纤维（高纯度的SiO2）玻璃无固定的熔沸点，在一定玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。温度范围内软化。性能：性能：(3)(3)水泥：水泥：（1 1）原料：石灰石，黏土）原料：石灰石，黏土（2 2）主要成分：）主要成分：硅酸三钙：硅酸三钙：硅酸二钙：硅酸二钙：铝酸三钙：铝酸三钙：3CaO3CaOSiOSiO2 22CaO2CaOSiOSiO2 23CaO3CaOAlAl2 2O O3 3（3 3）水硬性，吸水性强）水硬性，吸水性强