_第一节无机非金属材料的主角-硅

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1、第四章 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元素在地壳中的含量12345678910氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅硅在地壳中含量第二，硅的氧化物在地壳中含量第二，硅的氧化物及硅酸盐约占地壳质量的及硅酸盐约占地壳质量的90%以上以上硅的存在与分布：硅的存在与分布：没有游离态，没有游离态，只有化合只有化合态态(因为它是亲氧元素）；自然界中分布广泛，因为它是亲氧元素）；自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素是构成矿物和岩石的基本元素。从原子

2、结构认识从原子结构认识硅硅硅和碳一样硅和碳一样,其原子其原子既不易失去电子，也不既不易失去电子，也不易得到电子，易得到电子，所以硅的化学性质不活泼所以硅的化学性质不活泼,主要形成主要形成四价化合物四价化合物例如例如SiO2和和H2SiO3。CSi碳碳是构成有机物是构成有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素从原子结构认识从原子结构认识硅硅天然水晶石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶的晶体就是通常所说的水晶天然玛瑙天然玛瑙石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙天天然然的的 SiO2 硅

3、硅石石有结晶形（石英晶体）有结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）(1)存在存在 （2 2） 二氧化硅的用途：二氧化硅的用途：石英制品现代通信用光缆现代通信用光缆光学纤维胃镜光学纤维胃镜用用光导纤维光导纤维做做无开刀手术无开刀手术光导纤维手术头灯光导纤维手术头灯思考与交流思考与交流根据根据SiOSiO2 2的存在和应用，的存在和应用，分析：分析：SiOSiO2 2有哪些物理性质？有哪些物理性质？物理性质：物理性质：熔点高，熔点高，硬度大，硬度大，不溶于水不溶于水（有粘性）有粘性）实验室盛装实验室盛装

4、NaOHNaOH溶液的试剂瓶为什溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？么用橡胶塞而不用玻璃塞？ NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成Na2SiO3，使，使瓶塞部分粘结而无法打开。瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装因此盛装NaOH溶液的试剂溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。塞。想一想想一想氢氟酸氢氟酸氢氟氢氟酸反应酸反应, 想一想想一想2、实验室为什么不用、实验室为什么不用玻璃瓶玻璃瓶盛装氢氟酸？盛装氢氟酸？HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。璃试剂瓶而要用塑料瓶。SiOSiO2

5、 + 2C + 2C高温高温3、在高温下能与还原剂反应、在高温下能与还原剂反应Si + 2CO可利用这个反应制可利用这个反应制粗硅粗硅（课本81） 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 状状 态态 气气 态态 固固 态态熔沸点很低熔沸点很低熔点高，硬度大熔点高，硬度大水水 溶溶 性性 微溶于水微溶于水不溶于水不溶于水化化学学性性质质与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与与 酸酸 用用 途途人工降雨，灭火人工降雨，灭火, ,饮料饮料等等P75, P75, 图图4 45 5CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO

6、2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不不 能能SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应CO2H2OH2CO3 但是但是SiO2不能与水直接化合成不能与水直接化合成H2SiO3 思考思考：SiOSiO2 2不能直接和水化合成不能直接和水化合成H H2 2SiOSiO3 3，那，那怎样制备怎样制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？ (二二)、 硅酸（硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的对应水化物的对应水化物，一种很弱的酸一种很弱的酸(酸性比酸性比H2CO3还弱还弱)，一种不溶于水的白色固体。，一种不溶于水的白色固体。（1）制法）制法

7、由于由于SiO2不溶于水，所以硅不溶于水，所以硅酸是通过酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应制得的。制得的。实验实验4-1现象现象结论结论化学方化学方程式程式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生 a. Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性， b. 可溶性硅酸盐与盐可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，酸反应生成不溶于水的硅酸，c. 先形成硅酸溶胶，先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，后形成硅酸凝胶，d. 静置则形成硅酸沉淀。静置则形成硅酸沉淀。Na2SiO3

8、+ 2HCl = 2NaCl + H2SiO3SiO32- + 2H+ = H2SiO3离子方程式：离子方程式：硅胶泳帽硅胶泳帽硅胶干燥剂硅胶干燥剂（2）硅酸化学性质）硅酸化学性质 与强碱发生中和反应与强碱发生中和反应 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O 不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 用用H2CO3也可制得也可制得H2SiO3 ，可证明，可证明H2SiO3 的酸的酸性比性比H2CO3弱。弱。 （ Na2SiO3 溶液放置于空气中易变质）SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2

9、O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3H2SiO3 = H2O + SiO22要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是 A. 纯碱溶液 B. 盐酸 C. 硫酸 D. 苛性钠溶液3下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是 ASiO2 +2C=Si+2CO BSiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2O CSiO2 +4HF=SiF4+2H2O DSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO24下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是A. 烧碱溶液 B. 浓硫酸 C. HF氢氟酸 D. 碳酸钠溶液BBC1. 将过量的CO2分别通入： CaCl2溶液； Na2SiO3溶液； Ca(O

10、H)2溶液； 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是 ( ) A B C DB二、硅酸盐二、硅酸盐结构复杂，一般不溶于水。结构复杂，一般不溶于水。2.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称其水溶液俗称水玻璃水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料是制备硅胶和木材防火剂等的原料。1.是由是由硅、氧和金属硅、氧和金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。3.硅酸盐的化学性质硅酸盐的化学性质（1）有很强的热稳定性，能耐高温。）有很强的热稳定性，能耐高温。（2）硅酸盐易于酸反应）硅酸盐易于酸反应 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2Si

11、O3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 实验4-2（硅酸钠的耐热性）放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防制备木材防火剂的原料火剂的原料4 4、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示顺序：顺序：活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化较活泼金属氧化物物 SiOSiO2 2 H H2 2O O，化合价低的金属氧化物放在前面。，化合价低的金属氧化物放在前面。（1）保持原有各元素化合价不变，按顺

12、序写出）保持原有各元素化合价不变，按顺序写出各种元素的氧化物各种元素的氧化物如：如：硅酸钠（硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3) )NaNa2 2O O SiOSiO2 2 镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）2MgO 2MgO SiOSiO2 2（）除氧元素外，其他元素的原子个（）除氧元素外，其他元素的原子个数比符合原来的组成，配置出现分数时数比符合原来的组成，配置出现分数时应化为整数。应化为整数。钙沸石钙沸石Ca(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010) ) 3H3H2 2O OCaO CaO AlAl2 2O O3 3 3SiO3SiO2 23H3H2 2O O无机非无机

13、非金属材金属材料料硅酸硅酸盐盐产产品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃陶瓷：原料陶瓷：原料黏土黏土玻璃：原料玻璃：原料纯碱、石灰石和石英；纯碱、石灰石和石英；水泥：原料水泥：原料黏土和石灰石；加适量黏土和石灰石；加适量石膏；石膏；5.用途用途陶瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: : 以纯碱以纯碱 、石灰石和、石灰石和石英石英 为原料，经混合、粉碎，在玻为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。璃窑中熔融制得。 (Na2CO3)（SiO2 ）水泥水泥以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质1.1.碳

14、化硅（碳化硅（SiCSiC俗称金刚砂俗称金刚砂），具有金刚），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。的磨料。2.2. 硅硅 钢钢 高导磁高导磁性性 用作变用作变压器铁芯压器铁芯4.4.分子筛分子筛吸附剂、催化剂吸附剂、催化剂 具有均匀具有均匀微孔结构的微孔结构的铝硅酸盐铝硅酸盐3.硅橡胶硅橡胶良好的弹性良好的弹性新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨三、硅单质三、硅单质 1.物理性质：物理性质：（1）存在：硅有晶体硅和无

15、定形硅两种（自）存在：硅有晶体硅和无定形硅两种（自然界中没有游离态的硅）。然界中没有游离态的硅）。（2）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于金刚石，熔点金刚石，熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。和沸点都很高，硬度大。（3）导电性介于导体和绝缘体之间。）导电性介于导体和绝缘体之间。2、化学性质、化学性质-形成共价化合物，化学性质不活泼形成共价化合物，化学性质不活泼(1)常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4

16、+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)加热条件下，能跟一些非金属单质起反应加热条件下，能跟一些非金属单质起反应Si+O2=SiO2 Si+2H2=SiH4高温高温3 3、制法、制法SiO2 + 2C = Si + 2CO（制取粗硅）（制取粗硅）高温高温5.5.用途用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间, ,是良是良好的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（CPU）一、选择题（每小题有一、选择题（每小题有12个选项符合题意）个选项符合题意）1下列说法中正确的是（）。下列说法中正确的是（）。ASiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸是酸性氧化物，不溶于任何酸B水玻璃在空气中存放易变质水玻璃在空气中存放易变质C高温时高温时SiO2与与Na2CO3反应放出反应放出CO2，所以硅酸比碳酸酸性强所以硅酸比碳酸酸性强B2 2下列物质中，不跟烧碱溶液反应的是（下列物质中，不跟烧碱溶液反应的是（ ）A.A.二氧化硅二氧化硅 B.B.二氧化碳二氧化碳 C. C. 硅硅 D D石墨石墨3 3常温下，能跟硅反应的物质是（）。常温下，能跟硅反应的物质是（）。A.A.烧碱溶液烧碱溶液 B.B.浓硫酸浓硫酸 C.C.浓硝酸浓硝酸 D.D.氢氟酸氢氟酸DAD