第一节无机非金属材料主角——硅

1、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21.1.了解了解SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的主要性质。的主要性质。2.2.认识认识SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的广泛用途的广泛用途, ,体会化学的创造体会化学的创造 性和实用性。性和实用性。3.3.了解硅酸盐的主要性质。了解硅酸盐的主要性质。3碳碳硅硅原子结构示意图原子结构示意图主要化合价主要化合价主要存在形式主要存在形式氧化物氧化物 硅酸盐硅酸盐石灰岩石灰岩 碳酸盐碳酸盐碳的氧化物碳的氧化物+4+4+2 +4+2 +41

2、.1.碳和硅元素的比较碳和硅元素的比较+6+62 24 4+14+142 28 84 44 硅在地壳中的含量仅次于硅在地壳中的含量仅次于 ，占，占26.3%26.3%。 自然界中它容易与化合，是一种亲元素。硅在自然自然界中它容易与化合，是一种亲元素。硅在自然界中以界中以化合态的化合态的氧化物氧化物和和硅酸盐硅酸盐的形式存在，的形式存在，无游离态无游离态的硅的硅 氧氧氧氧氧氧2.2.硅的存在硅的存在你知道吗？你知道吗？5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玛瑙玛瑙天天然然的的 SiOSiO2 2 硅硅石石1.1.二氧化硅（二氧化硅（SiOSiO2 2）（1 1）二氧化

3、硅的存在）二氧化硅的存在水晶水晶一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸6（2 2）二氧化硅的结构）二氧化硅的结构SiOSiO2 2是由是由SiSi和和O O按按1 1：2 2的比例组成的立体空间网状的比例组成的立体空间网状结构，没有结构，没有SiOSiO2 2 分子存在，只存在硅、氧原子。分子存在，只存在硅、氧原子。7石英研钵石英研钵光导纤维光导纤维（3 3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途坩埚坩埚水晶水晶1.基本的建筑材料基本的建筑材料2.光导纤维光导纤维3.饰品饰品8根据根据SiOSiO2 2的存在和用途的存在和用途, ,请你分析以下问题请你分析以下问题:SiO:SiO2 2具有哪些物具有哪些

4、物理性质理性质? ?化学稳定性如何化学稳定性如何? ? 将你的认识写在下面的横线上将你的认识写在下面的横线上, ,并并与同学交流。与同学交流。物理性质物理性质:_:_化学稳定性化学稳定性:_:_不溶于水不溶于水 硬度大硬度大 熔点高熔点高很稳定很稳定9SiOSiO2 2 2NaOH = Na2NaOH = Na2 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橡胶塞而溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有SiOSiO2 2）（4 4）SiOSiO2 2的化学性质的化学性质: : 酸性氧化物酸性氧

5、化物SiOSiO2 2 CaO = CaSiOCaO = CaSiO3 3高温高温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，使瓶塞部分粘结而无法打开。使瓶塞部分粘结而无法打开。有粘性有粘性硅酸钠硅酸钠10（此反应常用于（此反应常用于刻蚀玻璃刻蚀玻璃）特性特性SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O 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，因此，能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶不能用玻璃试剂瓶而要而要用塑料瓶用塑料瓶。氢氟酸（氢氟酸（HFHF）是唯一能与是唯

6、一能与SiOSiO2 2反应的反应的酸酸某同学根据某同学根据SiO2既可与碱反应既可与碱反应,也能与氢氟酸反应也能与氢氟酸反应,推断推断SiO2为两性氧化物为两性氧化物.是否正确是否正确?【提示提示】这种说法不正确。这种说法不正确。 SiOSiO2 2虽然能与虽然能与氢氟酸反应，但产物氢氟酸反应，但产物SiFSiF4 4不是盐，所以不是盐，所以SiOSiO2 2只只是酸性氧化物。是酸性氧化物。12SiOSiO2 2 + + 2 2C = SiC = Si+2+2CO CO 弱氧化性弱氧化性与某些盐反应与某些盐反应NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2= Na= Na2 2Si

7、OSiO3 3 + CO+ CO2 2 CaCOCaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO+ CO2 2工业制玻璃工业制玻璃高温高温高温高温高温高温制取粗硅制取粗硅132.2.硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）现象：现象：滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液由红色变浅至无色，同时有白色胶状物质产生。液由红色变浅至无色，同时有白色胶状物质产生。结论：结论：a a、NaNa2 2SiOSiO3 3溶液呈碱性；溶液呈碱性； b b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的白、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不

8、溶于水的白色胶状沉淀硅酸。色胶状沉淀硅酸。( (2)2)制取制取：可溶性硅酸盐与其他酸可溶性硅酸盐与其他酸（较强酸制较弱酸较强酸制较弱酸) )制得制得（1）物理性质：白色固体，难溶于水。是酸性很弱的）物理性质：白色固体，难溶于水。是酸性很弱的 酸，酸，酸性比碳酸的还弱酸性比碳酸的还弱。14化学方程式：化学方程式：NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3分析以上制取原理，若将少量分析以上制取原理，若将少量COCO2 2通入通入 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中有何溶液中有何现象现象? (? (温馨提示温馨提示: : 碳酸的

9、酸性强于硅酸的酸性碳酸的酸性强于硅酸的酸性) ) 【提示提示】有白色胶状沉淀产生。由于碳酸的酸性强于有白色胶状沉淀产生。由于碳酸的酸性强于 硅酸，所以会发生反应：硅酸，所以会发生反应： NaNa2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2SiOSiO3 3离子方程式离子方程式：SiO32- + 2H+ = H H2 2SiOSiO3 315H H2 2SiOSiO3 3 + 2NaOH = Na+ 2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 + 2H+ 2H2 2O O不稳定：不稳定：受热易分解受热易分解。 H H2 2SiOSi

10、O3 3 = H= H2 2O + SiOO + SiO2 2（3 3）化学性质）化学性质: :弱弱酸性：酸性：只能与强碱发生中和反应。只能与强碱发生中和反应。16 生成的硅酸逐渐聚合而生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为就形成硅酸干胶，称为“硅硅胶胶”。常常用作干燥剂。也。常常用作干燥剂。也可用作催化剂的载体。可用作催化剂的载体。（4 4）用途）用途17大多数不溶于水，化学性质很稳定。大多数不溶于水，化学性质很稳定。1.1.最简单的硅酸盐：硅酸钠（最简单的硅酸盐：硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3) ) 白色固体，可溶于水，其白色固体

11、，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃水溶液俗称水玻璃，是制备硅，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。还可以作为矿物胶。胶和木材防火剂等的原料。还可以作为矿物胶。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。二、硅酸盐二、硅酸盐 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 18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发后燃烧当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防

12、火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火（制备木材防火剂的原料）（制备木材防火剂的原料）硅酸盐的丰富性和多样性（阅读课本）硅酸盐的丰富性和多样性（阅读课本） 实验实验4-24-219（1 1）玻璃：）玻璃：普通玻璃普通玻璃: :以以纯碱纯碱(Na(Na2 2COCO3 3) )、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2) )为原料，经为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。 NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3

13、3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )2.2.硅酸盐工业硅酸盐工业有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：高温高温高温高温20以以黏土和石灰石黏土和石灰石为为主要原料主要原料 经研磨、混合后在水经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉就得适量石膏，研成细粉就得到水泥。到水泥。 石膏的作用是调节水石膏的作用是调节水泥硬化速度。泥硬化速度。（2 2）水泥：）水泥：21（3 3）传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷： 传统

14、硅酸盐陶瓷是以传统硅酸盐陶瓷是以黏土黏土为原料，经高温烧结而成。为原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。等。22人面鱼纹彩陶盆人面鱼纹彩陶盆23（4 4）具有特殊功能的含硅物质：）具有特殊功能的含硅物质：. .碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂俗称金刚砂），具），具有金刚石的结构。硬度很大，有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。用作砂纸、砂轮的磨料。. .硅硅 钢钢 （铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。24硅橡胶硅橡胶( (最好的既耐高温又耐最好的既耐高

15、温又耐 低温的橡胶低温的橡胶) ) 分子筛分子筛（具有均匀微孔结构的铝（具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。）硅酸盐。）25例如：例如：NaNa2 2SiOSiO3 3：AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 ：Ca(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010)3H)3H2 2O O ：3.3.硅酸盐组成的表示：硅酸盐组成的表示：硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。CaOAlCaOAl2 2O O3 33SiO3SiO2 23H3H2 2O O顺序

16、顺序：（：（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二氧化硅二氧化硅水水）NaNa2 2OSiOOSiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O方法：方法：保持原有各保持原有各元素化合价不变元素化合价不变，按下列顺序写出各种元，按下列顺序写出各种元素的氧化物，用分隔号隔开。素的氧化物，用分隔号隔开。KAlSiKAlSi3 3O O8 8原则原则：除氧元素，其他元素按配置前后：除氧元素，其他元素按配置前后原子个数守恒原子个数守恒。当。当出现出现分数时应化为整数分数时应化为整数，使各元素，使各元素原子个数比符合原来的组成。原子个数比符合原来的组

17、成。26三、硅单质三、硅单质( (晶体硅是良好的半导体材料晶体硅是良好的半导体材料) )271.1.硅的存在和状态：硅的存在和状态：(1)(1)在自然界中硅元素在自然界中硅元素只有化合态，无游离态只有化合态，无游离态；(2)(2)与碳相似，单质硅也有与碳相似，单质硅也有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅。2.2.物理性质：物理性质：单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体， 熔沸点较高。熔沸点较高。3.3.化学性质化学性质-不活泼不活泼(1)(1)常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、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

18、等物质反应。氢氟酸和烧碱等物质反应。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)(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29SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO高温高温粗硅提纯：粗硅提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2= SiCl= SiCl4 4高温高温SiClSiCl4 4+2H+2H2 2= Si+4HCl= Si+4HCl高温高温4.4.工业制粗硅：工业制粗硅：305.5.硅的用途硅的用途硅芯片是各种计

19、算机、微电子产品的核心硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心硅太阳能电池硅太阳能电池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, ,是良好的是良好的半导体材料半导体材料, ,硅是硅是信息技术的关信息技术的关键材料键材料31一、一、SiOSiO2 2和和H H2 2SiOSiO3 3SiOSiO2 2酸性氧化物可以与酸性氧化物可以与HFHF反应反应H H2 2SiOSiO3 3比碳酸还弱的酸比碳酸还弱的酸三、单质硅三、单质硅结构与金刚石的相似结构与金刚石的相似二、硅酸盐工业二、硅酸盐工业321.1.下列关于硅的说法不正确的是下列关于硅的说法不正确的是( ) ( ) A A硅是非金属元素，它的单质是灰黑色是具有金属光泽硅是非金属元素，它的单质是灰黑色是具有金属光泽的固体的固体B B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料体材料C C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D D加热到一定温度时硅能与加热到一定温度时硅能与ClCl2 2、O O2 2等非金属反应等非金属反应C C332.2.生石灰中含有碳酸钙和二氧化硅，要检验这两种杂质是生石灰中含有碳酸钙和二氧化硅，要检验这两种杂质是否存在，选用的试剂最好是否存在，选用的试剂最好是( )( )A A稀盐酸稀盐酸