第一节
无机非金属材料的主角——硅
我们生存的地球，她坚硬的地壳是由什么构成的？
——构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。
第一节
无机非金属材料的主角——硅
岩石
非金属元素在地壳中的含量
1、画出碳和硅的原子结构示意图
分析：
既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。
硅元素
硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-----二氧化硅、硅酸盐
2、硅元素以什么形态存在于自然界？
常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有，说明了什么？
一、二氧化硅
阅读:课本P74
1、存 在
硅石（12%）
结晶形：石英
无定形（沙子）
水晶
玛瑙
……
水晶
玛瑙
阅读课本P75
①、制光导纤维
③、石英表、石英钟
②、石英玻璃制化学仪器
④、水晶制光学仪器和工艺品
⑤、玛瑙制精密轴承和装饰品
2、 用 途
3、物理性质
固体
1610℃
2230℃
不溶
大
结构与性质的关系：SiO2的结构
3、物理性质：熔点高，硬度大的固体
不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明
Si
O
4、二氧化硅的晶体结构（课本P74）
四面体结构，每个Si接4个O，每个O接2个Si，是由Si和O按1 ：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。
5、化学性质—性质稳定, 不活泼
SiO2 + CaO === CaSiO3
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O
高温
（1）是酸性氧化物
Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗名水玻璃，是一种矿物胶
A、与强碱生成硅酸盐和水
B、与碱性氧化物生成盐
（2）难溶于水，不与水反应
4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
（3） SiO2的特性
——与氢氟酸（HF）反应
*用途：雕刻玻璃
SiO2与CO2化学性质的比较
CO2+H2O=
H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=
Na2CO3
C+CO2==2CO
SiO2+4HF=
SiF4 ↑ +2H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+ Na2O
==Na2SiO3
SiO2+2C
==Si+2CO ↑
二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应
高温
高温
高温
讨论：
1、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含SiO2）？
2、实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？
－－用塑料瓶保存氢氟酸
二.硅酸(H2SiO3)
硅酸是一种酸性比碳酸还弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。
硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。
思考：二氧化硅难溶于水，那么，如何制得硅酸呢？
（1）向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸
滴入酚酞溶液呈红色
Na2SiO3呈碱性
Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 ↓+2NaCl
实验探究：
滴入盐酸有硅酸凝胶产生
硅酸难溶于水
（2）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
（3）把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中
Na2SiO3+ CO2+H2O= H2SiO3 ↓+Na2CO3
酸性：碳酸 ？ 硅酸
>
三、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种
１、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
晶体硅
硅晶片
２、化学性质：(不活泼）
　　常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。
（1）与氟气反应：
（2）与氢氟酸反应：
（3）与强碱溶液反应：
（4）与氯气等非金属的反应：
Si+2F2==SiF4
Si+4HF==SiF4+2H2
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2
Si+2Cl2==SiCl4
Si的化学性质：
△
3、硅的用途
集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。
集成电路 　　　 晶体管
１、硅酸钠：水溶液俗称“水玻璃”，具有粘性和阻燃性。用作肥皂填料、木材防火剂及胶粘剂等。
四、硅酸盐：由硅、氧和金属组成的化合物的总称
Ｐ77实验４－２
观察现象并填写下表
木条先变干，后燃烧
木条变干，不燃烧
Na2SiO3的水溶液可用作木材的防火剂
2、 硅酸盐组成的表示（课本P77）
用金属氧化物 · 二氧化硅 · 水 的化学式表示
钾云母：K2 H4 Al6 Si6 O24
K2O · 3Al2O3 · 6SiO2 · 2H2 O
3、硅酸盐产品及用途：陶瓷、玻璃、水泥
玻璃
（1）玻璃
原料：纯碱、石灰石、石英
设备：玻璃窑
条件：高温熔融
主要反应：

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
玻璃
玻璃
有色玻璃
钢化玻璃
加入了不同的金属氧化物
普通玻璃加热接近熔化再急速冷却
水泥
（2）水泥
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、硅酸二钙、铝酸三钙等
陶器
瓷器
（3）陶瓷
原料：黏土
条件：高温烧结
描述景德镇的陶瓷有这样一句话:
薄如纸,声如磬,色如玉.
硅酸盐产品简介
新型无机非金属材料的优点：
1、能承受高温，强度高
2、具有电学特性
3、具有光学特性
4、具有生物功能
玻璃刀
玻璃刀轮片
红宝石为轴的雷达表
人造金刚石锯片
新型无机非金属材料之一：
高温结构陶瓷、压电陶瓷
Ｐ66 科学视野：新型陶瓷
１、高温结构陶瓷

２、压电陶瓷

３、透明陶瓷

４、超导陶瓷
新型陶瓷的用途之一:航天飞机的“防火衣”——防热瓦
生产过程：使用硅土黏合剂将低密度
非晶硅增强纤维粘合成长15cm，宽
15cm，厚2~10cm的拱形瓦，经过
高温烧结，再在表面涂上一层高温结
构陶瓷，就成了一块防热瓦
高温结构陶瓷的应用
防热瓦的优点：
耐热（可承受>2000℃）
防潮
耐磨
超群的隔热能力
反射太阳光
可重复使用
高温结构陶瓷的应用
航天飞机
高温结构陶瓷的应用
资料:
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。
高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现,因为它具有耐高温、耐氧化、超强、超硬等优点，它可以在各种恶劣环境下使用，同时，也是制造汽车发动机，喷气发动机的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽车跑得更快，飞机飞得更高。
高温结构陶瓷的应用
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。
超导陶瓷
生物陶瓷
这种陶瓷强度大,韧性好,与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。
在这一领域我国处于世界领先水平。
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。
材料是社会发展和人类进步的一种标志
材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来社会生产的变革和新兴产业的出现
比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命
（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）
３、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