无机非金属材料的主角---硅(课件)

1、 我们生存的地球、她坚硬的地壳是我们生存的地球、她坚硬的地壳是由什么构成的？由什么构成的？ 硅的化合物构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。第一节 无机非金属材料的主角硅C、Si 的原子结构示意图。的原子结构示意图。+14+6CSil 硅原子既硅原子既不易失去又不易得到电子不易失去又不易得到电子，主要形成，主要形成四价四价的化合物。的化合物。l 硅是一种硅是一种亲氧元素亲氧元素，在自然界中它总是与氧相，在自然界中它总是与氧相互化合的。互化合的。l 存在：没有游离态，存在：没有游离态，只有化合态只有化合态二氧化硅、二氧化硅、硅酸盐。硅酸盐。结晶形（石英晶体）结晶形（石英

2、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: :硅硅石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。石英石英水晶紫水晶紫水晶蔷薇石英蔷薇石英茶水晶茶水晶黄水晶黄水晶玛瑙玛瑙 根据根据SiO2的的存在，分析存在，分析 SiO2有哪些有哪些物理性质物理性质？与？与CO2的物理性质有何区别？的物理性质有何区别？（从水溶性、硬度、熔点考虑）从水溶性、硬度、熔点考虑）2、二氧化硅

3、的物理性质二氧化硅的物理性质 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1：1硬度硬度固体固体1610161022302230不溶不溶大大物理性质物理性质:_硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水 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。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。 硅原子硅原子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

4、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二氧化硅的结构二氧化硅的结构纯净的纯净的SiOSiO2 2: :是制造是制造光导纤维光导纤维的主要原料的主要原料石英：石英：耐高温化学耐高温化学仪器（坩埚）仪器（坩埚）、石英表、石英表、石英钟、石英钟水晶水晶：制光学仪器、高级工艺品：制光学仪器、高级工艺品玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品装饰品沙子：是基本的建筑材料沙子：是基本的建筑

5、材料3、二氧化硅的用途二氧化硅的用途SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O4、二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质1 1、具有、具有酸性氧化物酸性氧化物的通性的通性SiO2 CaO CaSiO3高温高温思考：为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞用橡皮塞而不用玻璃塞? ?因为因为碱液会跟玻璃塞中的碱液会跟玻璃塞中的SiOSiO2 2反应，反应，生成的生成的硅酸盐会把硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。粘连在一起。SiO2 2OH= SiO32 H2O4、二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质学中用学中用1、加热熔融烧碱时应使用下列哪种

6、坩埚、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ）A.石英坩埚石英坩埚 B.普通玻璃坩埚普通玻璃坩埚 C.铁坩埚铁坩埚 D.氧化铝坩埚氧化铝坩埚C解释：石英坩埚、玻璃解释：石英坩埚、玻璃坩埚中坩埚中均含有均含有SiOSiO2 2，在加，在加热的情况下会与热的情况下会与NaOHNaOH发生反应：发生反应：SiOSiO2 22NaOH 2NaOH NaNa2 2SiOSiO3 3H H2 2O O，因此应当选用铁坩埚。，因此应当选用铁坩埚。 4、二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质2 2、SiOSiO2 2的特殊性：的特殊性：SiO2+4HF SiF4+2H2O 用途：刻蚀玻璃（制作玻璃工艺品）用途：刻

7、蚀玻璃（制作玻璃工艺品）用氢氟酸用氢氟酸“刻刻”出的玻璃工艺品出的玻璃工艺品2 2、实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸（、实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸（HFHF）？）？为什么？为什么？ 实验室用实验室用塑料瓶塑料瓶来盛装来盛装HFHF。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。不能使指示剂变色。 三、硅酸三、硅酸( (H2SiO3 ) )由于由于SiO2不溶于水，也不与水发生反应，不溶于水，也不与水发生反应，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制

8、得的所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的 在试管中加入在试管中加入35mL饱和饱和Na2SiO3溶液溶液，滴，滴入入12滴滴酚酞酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐稀盐酸酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。实验实验4-1现象现象结论结论化学方程式化学方程式Na2SiO3+2HCl H2SiO3( (胶体胶体) )+2NaClNa2SiO3呈呈碱性；碱性； 硅酸难溶于水硅酸难溶于水 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色滴入盐酸有滴入盐酸有白色凝

9、胶白色凝胶产生产生生成的硅酸逐渐成的硅酸逐渐聚合形成聚合形成硅酸硅酸溶胶溶胶（能流动）（能流动），当当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸的浓度较大时，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。(硅胶的硅胶的基本成份是二氧化硅基本成份是二氧化硅)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。 硅酸是一种酸性比碳酸弱的酸，硅酸是一种酸性比碳酸弱的酸，那么我们如何那么我们如何设计一实验来证明呢？设计一实验来证明呢？实验探究实验探究实验：实验：将将COCO2 2通入

10、通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中溶液中现象：现象：透明的硅酸凝胶生成透明的硅酸凝胶生成方程式：方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 + Na2CO3 结论：结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2弱酸性（酸性比碳酸弱）弱酸性（酸性比碳酸弱）1、硅酸的性质硅酸的性质 H2SiO3+2NaOH=2H2O +Na2SiO3第二课时、硅酸盐1、定义：、定义：硅酸盐是由硅酸盐是由硅、氧、金属元素硅、氧、金属元素组成的化合物的总称组成的化合物

11、的总称 2、物理性质、物理性质：硅酸盐种类很多，硅酸盐种类很多，大多数难溶于水大多数难溶于水，最常见的，最常见的可溶性硅酸盐是可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO33、表示方法：、表示方法：（1）化学式法：）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等。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。氧化物前系数配置原则化物前系数配置原则：原子个数比不变原子个数比不变硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙：硅酸钙：CaSiO3 CaOSiO2高岭石：高岭石：Al2(Si2O5

12、)(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正长石：正长石：KAlSi3O8不能写成不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成应写成K2OAl2O36SiO2（2）氧化物法：）氧化物法：4、硅酸钠（、硅酸钠（Na2SiO3） 硅酸钠硅酸钠是白色固体，是白色固体，易溶于水易溶于水，其水溶液俗其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种无色粘稠的液体，黏性黏性很强很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。，可以作黏胶剂和木材防火剂。阅读课本阅读课本P65并并探究实验探究实验4-2放入蒸馏水放入硅酸钠饱和溶液 现 象 结 论 水分蒸发后燃烧水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃

13、烧水分蒸干后不燃烧硅酸钠能防火硅酸钠能防火水不能防火水不能防火（1）、硅酸钠的物理性质）、硅酸钠的物理性质硅酸钠水溶液久置在空气中会出现硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什什么现象？为什么？么现象？为什么？硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：（2）、硅酸钠化学性质 硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧， 不易被腐蚀，热稳定性好。Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3（3）、用途可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂与盐反应与酸反应Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2

14、NaCl你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗 陶瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具成分：成分：复杂，主要是硅酸盐复杂，主要是硅酸盐制造原料：制造原料：黏土、石英砂黏土、石英砂玻璃玻璃1、主要原料：主要原料：纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。3、反应原理：反应原理：复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化2、生产过程生产过程： （玻璃熔炉）（玻璃熔炉）Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温4、玻璃的主要成分：、玻璃的主要成分：Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 水泥

15、水泥广泛使用的建筑材料广泛使用的建筑材料制造原料：制造原料：黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏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（金刚砂碳化硅（金刚砂）：硬度很大，硬度很大，可做砂纸、砂轮的磨料可做砂纸、砂轮的磨料硅钢硅钢 导磁性良好，用作变压器铁芯导磁性良好，用作变压器铁芯硅橡胶硅橡胶 目前最好的既耐高温有耐低温的目前最好的既耐高温有耐低温的橡胶，可制作火箭、飞机的零件和绝缘材料橡胶，可制作火箭、飞机的零件和绝缘材料三三、硅单质硅单质硅有晶体硅和无定形硅两种。硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点

16、很高、硬度很大（结构类似金刚石）、熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、是良好的半导体是良好的半导体。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。1 1、主要物理性质：主要物理性质：2、化学性质：、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下硅单质的化学性质不活泼（1）常温下）常温下 只和只和F2 、HF、强碱反应强碱反应Si + 2FSi + 2F2 2 = SiF= SiF4 4Si + 4 HF = SiFSi + 4 HF = SiF4 4 + 2H + 2H2 2 Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3

17、 + 2H + 2H2 2（2）加热时）加热时能和能和O2反应反应Si + O2=SiO23、用途：、用途：半导体材料、制合金、制太阳能电池等半导体材料、制合金、制太阳能电池等1、制粗硅、制粗硅SiO2+2C=Si+2CO2、粗硅提纯、粗硅提纯Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl随堂练习：随堂练习：1 1、熔融烧碱应选用的器皿是、熔融烧碱应选用的器皿是 ( ) ( ) A. A.石英坩埚石英坩埚 B.B.生铁坩埚生铁坩埚 C. C.普通玻璃坩埚普通玻璃坩埚 D.D.陶瓷坩埚陶瓷坩埚2 2、下列说法正确的是、下列说法正确的是 ( ) ( )A. A. 硅的化学性质不活泼，

18、在自然界中可以硅的化学性质不活泼，在自然界中可以 以游离态存在以游离态存在B. B. 二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C. C. 二氧化硅溶于水显酸性二氧化硅溶于水显酸性D. D. 二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 B BB B3要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是杂质，最适宜的试剂是（ ）A纯碱溶液纯碱溶液 B盐酸盐酸 C硫酸硫酸 D苛性钠溶液苛性钠溶液 4下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是（ ）ASiO2 +2C=Si+2COB SiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2 +4HF=Si F4+2H2ODSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO25下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（ ）A烧碱溶液烧碱溶液 B浓硫酸浓硫酸 C氢氟酸氢氟酸 D碳酸钠溶液碳酸钠溶液 B B C6制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是（ ）A晶体硅晶体硅