人一硅及其化合物的性质

1、硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量 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26.3% 硅的存在与分布硅的存在与分布 存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以 氧化物和硅酸盐的形式存在）氧化物和硅酸盐的形式存在） 分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本 元素。元素。 图图 4-1 4-1 硅的广泛存在硅的广泛存在 硅和碳硅

2、和碳一样一样, ,其原子其原子既不易失去电子，也不易得到电既不易失去电子，也不易得到电 子，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 C Si 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 从从原子结构原子结构认识硅认识硅 硅有硅有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅两种同素异两种同素异 形体形体 一、硅单质一、硅单质 1 1、灰黑色，有金属光泽，硬而、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体脆的固体 2 2、熔点高、硬度大熔点高、硬度大 1 1、与氟气反应：、与氟气反应： 2 2

3、、与氢氟酸反应：、与氢氟酸反应： 3 3、与强碱溶液反应：、与强碱溶液反应： 4 4、与氯气反应：、与氯气反应： 5 5、与氧气反应、与氧气反应 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4 Si+O2=SiO2 高温高温 硅的化学性质硅的化学性质不活泼不活泼，常温下，与常温下，与氢氟氢氟 酸、氟气、强碱反应。酸、氟气、强碱反应。 加热情况下，也能跟一些非金属加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2 O2) 反应。反应。 硅的工业制法 ： 粗硅： 纯硅： 2C+ SiO2= Si+2CO 高温 Si+2Cl2=

4、SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl 高温 5.5.用途用途 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间, , 是良好的是良好的半导体材料半导体材料, ,硅是信息技术的关硅是信息技术的关 键材料键材料. . 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） 硅的用途非常广泛，可用来制造集 成电路、晶体管、硅整流器等半导 体器件，还可以制太阳能电池，制 铝合金、铁合金等多种合金。 硅 芯 片 在美国旧金山，有个最大的高 科技工业园区，称之为“硅谷”， 它是现代电子工业和计算机发展的 基地。这说明硅在电子工业革命中 起着非常重要作用。以硅为基

5、础而 制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在电子工业中重要作用 二氧化硅二氧化硅(SiO2) 硅石 硅矿 山 结晶形（石英晶体）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 二、二、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ） 1 1、存在、存在: : 硅石硅石 无色透明无色透明 彩色环带或层状彩色环带或层状 水晶水晶 玛瑙 SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。是自然界中沙子、石英的主要成分。结结 晶的晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英；天然天然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅石。 2 2、结构、结构 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶角。

6、在四个顶角。 同时每同时每1个个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子相结合。原子相结合。 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用，用SiO2来表示来表示 二氧化硅的组成二氧化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。 SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构 立体网状结立体网状结 构决定了构决定了 SiOSiO2 2具有优具有优 良的物理和良的物理和 化学性质化学性质 3、物理性质 物质物质SiO2CO2 状态（常温）状态（常温）气体气体 熔点熔点-56.6 沸点沸点-78.5-78.5 溶解性溶解性1

7、：1 硬度硬度 固体 1610 2230 不溶 大 物理性质物理性质:_ 化学稳定性化学稳定性:_ 通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定 硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水 4 4、二氧化硅的化学性质（、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼通常很不活泼） 1、具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性 （1）与强碱反应生成盐和水）与强碱反应生成盐和水 （2）与碱性氧化物反应生成盐）与碱性氧化物反应生成盐 （有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃） 实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂溶液的试剂 瓶用橡胶塞而不用玻璃塞瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOHNaOH溶液能与玻

8、璃中的溶液能与玻璃中的 SiOSiO2 2反应生成反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶 塞部分粘结而无法打开。因塞部分粘结而无法打开。因 此盛装此盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶不溶液的试剂瓶不 能用玻璃塞而要用橡胶塞。能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiF42H2O 此反应常用于雕刻玻璃此反应常用于雕刻玻璃 不能与水反应 思考思考: :实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ HFHF能腐蚀玻璃能腐蚀玻璃. .因此，盛装因此，盛装氢氟酸氢氟酸不能用玻不能用玻 璃试剂瓶而要用璃试剂瓶而要用塑料瓶塑料瓶。 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2

9、状状 态态 气气 态态 固固 态态 熔沸点熔沸点 硬硬 度度 熔沸很低熔沸很低熔点高，硬度大熔点高，硬度大 水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水 化化 学学 性性 质质 与与 酸酸 用用 途途 人工降雨，灭火人工降雨，灭火,饮料等饮料等P75, 图图45 与水反应与水反应 与碱性氧化物与碱性氧化物 反应反应 与碱反应与碱反应 CO2 + H2O = H2CO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+Na2O=Na2CO3 不能反应不能反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应 二氧化硅和二氧化碳的性质比较二氧化硅和二氧化碳的性质比

10、较 5、二氧化硅的用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能加 上SiO2在自然界的广泛存在，因此从 古到今都被人类广泛地应用。 光学纤维胃镜 石 英 制 品 水晶石英、玛瑙 二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。 制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于 通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大， 一对光纤上可同时传送3万门电话。 三、硅酸三、硅酸( (H2SiO3 ) ) 硅酸是一种硅酸是一种白色粉末状白色粉末状的的固体固体，它，它 不溶于水不溶于水；是一种；是一种弱酸弱酸，酸性比碳酸性比碳 酸还弱，酸还弱，不能使指示剂变色。不能使指示剂变

11、色。 思考思考 二氧化硅难溶于水，又不二氧化硅难溶于水，又不 与水反应，那与水反应，那么，么，如何制得硅如何制得硅 酸呢？酸呢？ 实验实验4-1：向饱和：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞， 再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸 现现 象象 结结 论论 方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色 Na2SiO3溶液呈碱性溶液呈碱性 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （胶体）（胶体） +2NaCl 实验探究实验探究 滴入盐酸有凝胶产生滴入盐酸有凝胶产生 硅酸难溶于水硅酸难溶于水 用用HH2 2COCO3 3可制得可制得HH2 2SiOSiO3 3 ，可证明，可证明HH2 2

12、SiOSiO3 3 的酸性比的酸性比HH2 2COCO3 3弱。弱。 SiOSiO3 32- 2- + H + H2 2O + COO + CO2 2= CO= CO3 32- 2- + H + H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O + COO + CO2 2 = Na = Na2 2COCO3 3 + H + H2 2SiOSiO3 3 向向Na2SiO3溶液中通如溶液中通如CO2也可生成也可生成H2SiO3 弱弱酸性。只能与酸性。只能与强碱强碱发生中和反应发生中和反应 不稳定不稳定(比比H2CO3稳定稳定)，受热易分解，受热易分解 H2SiO

13、3 = SiO2 + H2O H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O H2SiO3 的化学性质 生成的硅酸逐渐聚合而形成成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶硅酸溶胶（能流动）（能流动）， 当硅酸的浓度较大时，就会形成当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶硅酸凝胶（不能流（不能流 动）动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成，硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶硅胶。 硅胶硅胶的用途：的用途： 干燥剂（吸水），干燥剂（吸水）， 吸附剂（多孔），吸附剂（多孔）， 催化剂的载体。催化剂的载体。 （1） Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 （2） 酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱. H2Si

14、O3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3 H2SiO3=H2O+SiO2 加热 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 四、四、硅酸盐硅酸盐 结构复杂，一般不溶于水，化学性质很结构复杂，一般不溶于水，化学性质很 稳定稳定。 硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水其水溶液俗称水 玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原 料。料。 是由是由硅、氧硅、氧和和金属金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。 2、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示 硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3) 镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4） 钙沸石

15、钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O 活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2O K(Al3Si3O10)(OH)2 传统无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 水泥水泥 玻璃玻璃 阅读教材阅读教材78-79 3、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥3、硅酸盐产品、硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥 生产原料：黏土生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：陶瓷窑生产设备：陶瓷窑

16、 生产过程：混合生产过程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -烧结烧结- -冷却冷却 主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温 、 绝缘、易成型绝缘、易成型 陶陶 瓷瓷 玻璃玻璃 原料：纯碱、石灰石、石英原料：纯碱、石灰石、石英 设备：玻璃窑设备：玻璃窑 条件：高温熔融条件：高温熔融 主要反应：主要反应： 主要成份：硅酸钠、硅酸钙、主要成份：硅酸钠、硅酸钙、 高温 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 高温 加入了不同的金属氧化物加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化普通玻璃加热接近熔化 再急速冷却再

17、急速冷却 玻璃玻璃 水泥水泥 原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏 CaCO3、 Al2O32SiO22H2O 设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑 条件：煅烧条件：煅烧 主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝 酸三钙等酸三钙等 3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 产产 品品 主要原料主要原料主要设备主要设备 反应反应 条件条件 主要成分主要成分 水水 泥泥 粘土、石灰粘土、石灰 石、石膏石、石膏 水泥回转窑水泥回转窑 高温高温 硅酸三钙：硅酸三钙： 3CaO3CaOSiOSiO2 2 硅酸二钙：硅酸二钙： 2CaO2CaOSiOSiO2

18、2 铝酸三钙：铝酸三钙： CaOCaOAlAl2 2O O3 3 玻玻 璃璃 纯碱、石灰纯碱、石灰 石、石英石、石英 玻璃窑玻璃窑高温高温 NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 2 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 新型陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等 79 科学视野：新型陶瓷 、高温结构陶瓷、高温结构陶瓷 、压电陶瓷、压电陶瓷 、透明陶瓷、透明陶瓷 、超导陶瓷、超导

19、陶瓷 新型陶瓷的用途之一新型陶瓷的用途之一: 航天飞机的航天飞机的“防火衣防火衣”防热防热 瓦瓦 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210cm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：防热瓦的优点： 耐热（可承受耐热（可承受2000） 防潮防潮 耐磨耐磨 超群的隔热能力超群的隔热能力 反射太阳光反射太阳光 可重复使用可重复使用 高温结构陶瓷的应用 航天飞机 高温结构陶瓷的应用 两年半前，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。

20、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：超导陶瓷： 所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升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，它的电高而增大，当金属的温度降低时，它的电 阻减小阻减小,当温度降到当温度降到-269（液氮温度，为（液氮温度，为 4K）左右时，水银的电阻变为零，这种现）左右时，水银的电阻变为零，这种现 象叫超导现象象叫超导现象

21、我国研制的超导陶瓷的临界温度为我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处，处 于世界领先水平。于世界领先水平。 超导陶瓷 生物陶瓷生物陶瓷 这种陶瓷强度大这种陶瓷强度大,韧性好韧性好,与人体亲和力与人体亲和力 好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要 移植材料。移植材料。 在这一领域我国处于世界领先水平。在这一领域我国处于世界领先水平。 压电陶瓷压电陶瓷 利用陶瓷，还可实现多种功能互换。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，将机械能敲打即刻产生一个电火花，将机械能 转变成电能。转变成电能

22、。 材料是社会发展和人类进步的材料是社会发展和人类进步的 一种标志一种标志 材料科学和工程是人类科技文明生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社会生产的变革和新兴产业的出现的出现 比如硅的出现就引发了现代信息产比如硅的出现就引发了现代信息产 业的一场革命业的一场革命 具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质 1、碳化硅（、碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金俗称金刚砂），具有金 刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂 轮

23、的磨料。轮的磨料。 2、硅、硅 钢钢 （铁合金）（铁合金） 导磁性良导磁性良 好，用作好，用作 变压器铁变压器铁 芯芯 硅有硅有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅两种同素异两种同素异 形体形体 一、硅单质一、硅单质 1 1、灰黑色，有金属光泽，硬而、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体脆的固体 2 2、熔点高、硬度大熔点高、硬度大 1 1、与氟气反应：、与氟气反应： 2 2、与氢氟酸反应：、与氢氟酸反应： 3 3、与强碱溶液反应：、与强碱溶液反应： 4 4、与氯气反应：、与氯气反应： 5 5、与氧气反应、与氧气反应 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4 Si+O2=SiO2 高温高温 硅的化学性质硅的化学性质不活泼不活泼，常温下，与常温下，与氢氟氢氟 酸、氟气、强碱反应。酸、氟气、强碱反应。 加热情况下，也能跟一些非金属加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2 O2) 反应。反应。 2 2、结构、结构 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中