X1专题4_课题3_酵母细胞的固定化.ppt
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1、 第一节 无机非金属材料 的主角硅 化学必修 1 1 问题 n 自然界中的岩石、沙子、土壤 是由什么构成? 2 2 你还知道 哪些含硅 的物质? 3 3 水晶 玛瑙 4 4 5 5 6 6 7 7 硅 的 广 泛 存 在 8 8 元素周期表 9 9 第A族的二兄弟碳和硅豪门二杰 碳元素硅元素 形成了无数种构成人类和其 它地球生物等的有机物,“统 治了有机界”。 煤、石油等有机化产品和材 料是现代化的基石 地壳质量的约90%,构成了地壳 大部分岩石、沙子和土壤, “ 统治了地壳” 硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、 水泥等使人类生活日新月异 1010 一、二氧化硅和硅酸 硅是一种亲氧元素,在自然界它总是与
2、氧相互化合。 所以在氧化气氛包围的地球上,硅主要以熔点很高的 氧化物及硅酸盐的形式存在。 1、二氧化硅(SiO2) SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳 质量的12,其存在形态有结晶形和无定形两大类,通称硅石。 SiO2的结构 1111 玛瑙 水晶 晶体二氧化硅 硅藻土 中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区) 有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有 354处,总保有储量矿石3.85亿吨。 仅次于美国,居世界第2位。在地区分 布上,以吉林最多,占全国储量的54.8%, 云南、福建、河北等地次之。矿床类型 主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、 山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和 陆
3、源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻 土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪 和第四纪,以第三纪为主。 无定形二氧化硅 1212 光学纤维胃镜 二氧化硅的用途 1313 二氧化硅的用途 1414 坚硬难熔的固体,熔沸点比较高, 不溶于水,硬度比较大。 (1)物理性质: 1515 (2)化学性质: (a)常温与氢氟酸(SiO2很不活泼,HF是 唯一能跟其反应的酸) 4HF+SiO2=SiF4+2H2O (b)酸性氧化物:不溶于水,也不与水反应 。2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O 与强碱反应: 与碱性氧化物反应:SiO2+CaO=CaSiO3 高温 (所以,不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液,如NaO
4、H 、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。) 1616 2.硅酸(H2SiO3) 思考:1.二氧化硅不溶于水,不跟水反应 ,如何从二氧化硅来制备H2SiO3 是一种很弱的酸,比碳酸的酸性还弱 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶, 硅酸浓度较大时,则形成软而透明的、胶冻状的硅酸 凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶,称为“硅 胶”。硅胶多孔,吸附水分能力强,常用做实验室和袋 装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的 载体。 实验41 1717 二、硅酸盐 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
5、一类结构复杂的化合物, 一般都不溶于水,化学性质很稳定。 最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠(Na2SiO3),其 水溶液称为水玻璃,可以作肥皂填料、木材防火剂及 黏胶剂等。 实验42 几种硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥,最重要 的无机非金属材料。 新型的陶瓷 1818 1919 三、新型无机非金属材料的特性三、新型无机非金属材料的特性 1.能承受高温、强度高。 例如:氮化硅陶瓷在1200左右的高温下, 仍具有很高的强度,可用来制造汽轮机叶 片、轴承、永久性模具等。 2020 2.具有电学特性,一些新型无机非金属 材料可以作为半导体、导体、超导体等 ,一些绝缘性材料常被用于集成电路的 基板。 2121
6、3.具有光学特性。有些新型无机 非金属材料能发出各色的光, 有的能透过可见光,有的能使 红外线、雷达射线穿过。 处于高温下的光导纤维 2222 F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能,突破对 手火力网,压制对手防空系统,摧毁严密防守的指挥所、战略要 地、重要工业目标,还可执行侦察任务,具有一定空战能力。 2323 4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料 强度高、无毒、不溶于水,对人体组织有较 好的适应性,可直接植入人体内,用这类材 料制成的人造牙齿、人造骨骼,已被应用在 医疗上。 人造关节 2424 (2 2)硅酸盐组成的表示)硅酸盐组成的表示 用二氧化硅和金属氧化物的形式表
7、示 其组成。 2525 实 例 Na2SiO3 Na2OSiO2 2626 高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3 2SiO22H2O 2727 l要领:两边原子个数守恒 l格式:金属氧化物、二氧化硅、水 l顺序:金属按活动顺序表 2828 K2O3Al2O36SiO22H2O K(Al3Si3O10)(OH)2 2929 三、硅(Si) 硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 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 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
8、能跟一些非金属反应。 3030 3131 1、与氟气反应: 2、与氢氟酸反应: 3、与强碱溶液反应: 4、与氯气反应: 5、与氧气反应 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4 Si+O2=SiO2 3232 存在 在自然界中,没游离态的硅,以化合态存在,例如: 硅酸盐等,在地壳中含量居第二位。 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 3333 制备 工业上: SiO2 粗硅 SiCl4 Si +C +Cl2 精馏+H2
9、 高温 高温 高温 Si+2C = 2CO+Si(含杂质的粗硅) Si+2Cl2 = SiCl4 生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等,再用H2 还原 SiCl4+2H2=4HCl+Si(纯度高的多晶硅) 高温 高温 高温 3434 相应练习1 已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为: Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中,在标况下 可收集到H2多少L?(提示:与Si反应的NaOH是过 量的) 解: Na1/2H2 23 1/222.4 11.5 X Si2H2 28 222.4 4.2 Y Y=(4.2 2 22.4)/28
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