二氧化硅-硅酸-硅酸盐-硅

1、 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 第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物阅读书阅读书P74P75，找出重要知识，找出重要知识碳：碳：游离态游离态（金刚石、石墨）（金刚石、石墨） 化合态化合态(CO2、碳酸盐、有机化合物等、碳酸盐、有机化合物等)碳碳是构成是构成有机物有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成是构成岩石与许多矿物岩石与许多矿物的基本元素的基本元素硅：主要以硅：主要以化合态化合态的形式存在的形式存在（氧化物（氧化物及及硅酸盐）硅酸盐）硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧结合！，在自然界中总是与氧结合！硅在地壳中的含量硅在地壳中的含量在无

2、机非在无机非金属材料金属材料中，硅扮中，硅扮演重要角演重要角色色碳碳和和硅硅的原子结构示意图的原子结构示意图相同点：相同点：最外层电子为最外层电子为4不同点：不同点：核外电子层数核外电子层数不易得电不易得电子子不易失电子不易失电子主要形成主要形成四价的化四价的化合物合物碳碳硅硅一、二氧化硅一、二氧化硅（SiO2）1.1.存在形式：存在形式：硅石硅石 结晶形结晶形: :无定形无定形: :水晶水晶玛瑙玛瑙石英石英硅藻土硅藻土天然天然SiO2的统称的统称沙子中含有小粒的石英晶体沙子中含有小粒的石英晶体 CO2 SiO2色、态色、态 熔点熔点 沸点沸点 硬度硬度溶解性溶解性无色气体无色气体无色透明晶体

3、无色透明晶体1610-56.6低低高高-78.52230低低高高大大能溶（能溶（1:1）不溶不溶2.物理性质物理性质思考：思考：为什么二氧化硅和二氧化为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？碳物理性质有这么大的差别？结构不同结构不同结构结构 性质性质决定决定反映反映空间网状结构空间网状结构熔沸点高熔沸点高3.二氧化硅的结构二氧化硅的结构SiO二氧化碳的结构二氧化碳的结构层状结构层状结构熔沸点低熔沸点低 名称名称二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅固体组成固体组成晶体中有晶体中有无单个分无单个分子子由由CO2分分子构成的子构成的晶体晶体由由Si、O原原子构成的子构成的立体网状立体网状结构的

4、晶结构的晶体体有有无无CO2：分子式分子式SiO2：化学式，化学式， 表示晶体中表示晶体中N (Si)N (O)=12 CO2 SiO2氧化物氧化物的类型的类型酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物碳酸的酸酐碳酸的酸酐硅酸硅酸(H2SiO3)的酸酐的酸酐某酸脱去一分子或多分子水，所剩下某酸脱去一分子或多分子水，所剩下的部分称为该酸的酸酐。的部分称为该酸的酸酐。 4.化学性质化学性质 不活泼不活泼 CO2 SiO2与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应CO2+H2O=H2CO3不反应不反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H

5、2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO 高温高温CaSiO3是一种玻璃黏合剂是一种玻璃黏合剂 CO2 SiO2与氢氟酸与氢氟酸(HF)反应反应不反应不反应SiO2+4HF= SiF4+2H2O注：注：HF是唯一能与是唯一能与SiO2反应的酸反应的酸 CO2 SiO2与盐与盐反应反应 Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3+CO2 高温高温高温高温SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2 工业制玻璃工业制玻璃思考：此两个反应发生的原理？思考：此两个反应发生的原理？高熔沸点高熔沸点物质物质制制取取低熔沸点低熔沸点物质物质 CO2 SiO

6、2弱氧化性弱氧化性C+CO2=2CO高温高温SiO2+2C = Si+2CO 高温高温5.5.二氧化硅的用途二氧化硅的用途（1）制）制光导纤维光导纤维（2）石英玻璃制）石英玻璃制石英坩埚石英坩埚等化学仪器等化学仪器（3）制石英表、石英钟）制石英表、石英钟（4）制光学仪器和精密轴承）制光学仪器和精密轴承（5）制工艺品和装饰品）制工艺品和装饰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光导纤维做用光导纤维做无开刀手术无开刀手术光导纤维手术头灯思考：思考：为什么实验室中盛放为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞？已知：玻璃不能用玻璃塞？已知：玻璃中

7、含有中含有SiOSiO2 2SiO2能与能与NaOH反应反应 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O粘性粘性结论：存放碱性溶液用橡胶塞，不用玻璃塞结论：存放碱性溶液用橡胶塞，不用玻璃塞碱碱、Na2CO3、NaHCO3、Na2SiO3等。等。思考：思考：实验室能否用实验室能否用玻璃瓶玻璃瓶保保存氢氟酸？存氢氟酸？不能！不能！氢氟酸能腐蚀玻璃氢氟酸能腐蚀玻璃，发生如下反应：，发生如下反应： 4HF+SiO2=SiF4+2H2O用途：用用途：用HFHF雕刻玻璃雕刻玻璃 保存在细口、塑料瓶中保存在细口、塑料瓶中1.制备制备 实验实验4-1：向：向Na2SiO3溶液溶液中滴入酚酞，再滴

8、入稀盐酸。中滴入酚酞，再滴入稀盐酸。二、硅酸二、硅酸( (H2SiO3) )硅酸能否用硅酸能否用SiO2溶于水制备？溶于水制备？不能，难溶于水！不能，难溶于水！用可溶性硅酸盐和酸反应用可溶性硅酸盐和酸反应现现 象象结结 论论方程式方程式 滴入酚酞溶液滴入酚酞溶液呈红色呈红色Na2SiO3溶液溶液呈碱性呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl滴入盐酸有硅酸凝胶产生滴入盐酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于硅酸难溶于水水SiO32- + 2H+ = H2SiO3保存保存Na2SiO3溶液溶液？橡胶塞橡胶塞硅酸硅酸：弱酸：弱酸H2SiO3=SiO2+H2O（2）受热易分解）受热易分解2.

9、 .性质性质（1）难溶于水、白色固体）难溶于水、白色固体(3)是一种是一种弱酸，弱酸，酸性酸性比碳酸比碳酸还还弱弱Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3（少量）（少量）Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3+2NaHCO3（过量）（过量）SiO32- + CO2 + H2O = H2SiO3 + CO32- 硅酸钠水溶液久置在空气中会变质！硅酸钠水溶液久置在空气中会变质！SiO32- + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3 +2HCO3-生成的生成的硅酸溶胶硅酸溶胶，经干燥脱水就形成，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常常用做常常用做

10、干燥剂、催化剂载体干燥剂、催化剂载体。3.3.用途用途( (书书P76)P76)三、硅酸盐三、硅酸盐1 1、组成：、组成： 硅酸盐是由硅、氧、金属元素硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称组成的化合物的总称 2 2、性质：、性质： 大多数难溶于水，最常见的可溶大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是性硅酸盐是NaNa2 2SiOSiO3 3，K K2 2SiOSiO3 3Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3水玻璃：水玻璃： Na2SiO3 的水溶液，无色粘稠液体，有粘性的水溶液，无色粘稠液体，有粘性 3、Na2SiO3(最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐)的性质和用途的

11、性质和用途白色固体，可溶于水白色固体，可溶于水(1)能与酸性大于能与酸性大于H2SiO3的酸反应的酸反应放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱饱和溶液和溶液 现象现象 结论结论当水分蒸发后当水分蒸发后就燃烧起来就燃烧起来水分蒸干后并不水分蒸干后并不燃烧燃烧用用Na2SiO3水溶液浸泡过的物水溶液浸泡过的物质可防火质可防火(2)热稳定性好，不支持燃烧，用于热稳定性好，不支持燃烧，用于制备硅制备硅胶胶和木材的和木材的防火剂防火剂4 4、表示方法：、表示方法：（1 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。（2）氧

12、化物法：）氧化物法：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注：注：化合价不变化合价不变 各物质前的系数无各物质前的系数无分数分数 原子守恒或符合各原子个数之比原子守恒或符合各原子个数之比硅酸钠硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙硅酸钙：CaSiO3高岭石高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 正长石正长石：KAl(SiO3)2镁橄榄石镁橄榄石：Mg2SiO4Na2OSiO2CaOSiO2Al2O32SiO22H2OK2OAl2O34SiO2MgOSiO25 5、硅酸盐工业产品、硅酸盐工业产品传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水

13、泥玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷原原料料反应反应原理原理高温高温高温高温纯碱、石灰纯碱、石灰石、石英石、石英黏土、黏土、石灰石、石灰石、适量石膏适量石膏黏土黏土高温烧结时高温烧结时发生复杂物发生复杂物理、化学变理、化学变化。化。CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高温下发高温下发生复杂的生复杂的物理、化物理、化学变化。学变化。主要主要成分成分SiO2CaSiO3Na2SiO3硅酸二钙硅酸二钙: :2CaOSiO2硅酸三钙硅酸三钙: :3CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙: :3CaOAl2O3硅酸盐硅酸盐玻璃玻璃 水泥水泥陶瓷陶瓷 性质性质 用途用途无固定

14、无固定的熔点的熔点水硬性水硬性化学性化学性质稳定质稳定用作建筑用作建筑材料、制材料、制砂浆、混砂浆、混凝土、钢凝土、钢筋混凝土筋混凝土制有色玻璃、制有色玻璃、钢化玻璃、钢化玻璃、光学玻璃、光学玻璃、玻璃纤维等。玻璃纤维等。制作绝缘制作绝缘餐具、砖餐具、砖瓦、瓷坩瓦、瓷坩埚、蒸发埚、蒸发皿。皿。2 2、物理性质：、物理性质：有金属光泽有金属光泽灰黑色固体灰黑色固体熔点高熔点高硬度大硬度大晶体形晶体形无定形无定形1 1、分类：、分类：结构类似结构类似金刚石金刚石四、硅单质四、硅单质 立体空间网状结构立体空间网状结构处于金属与非金属的过渡位置。处于金属与非金属的过渡位置。晶体硅晶体硅的导电性介于导体

15、和绝缘的导电性介于导体和绝缘体之间，是体之间，是良好的半导体材料良好的半导体材料 硅在元素周期表中位置硅在元素周期表中位置太阳能电池太阳能电池、人造、人造卫星、登月车、火卫星、登月车、火星探测器等动力设星探测器等动力设备新能源。备新能源。硅太阳能电池硅太阳能电池硅芯片硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心是各种计算机、微电子产品的核心计算机计算机芯片芯片以及以及半导体材料半导体材料(集成集成电路、晶体管等电路、晶体管等)4.化学性质化学性质 （1）常温下不活泼）常温下不活泼Si 2F2SiF4Si+4HF SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2除除F2、HF、强碱外均不

16、反应、强碱外均不反应特殊性质特殊性质NaOH溶液溶液Si2OH-H2OSiO32-2H2性质类似性质类似铝铝！（2）高温或加热的条件下：）高温或加热的条件下： Si+O2 SiO2Si+C SiC (金刚砂）金刚砂）Si+2Cl2 SiCl4SiO2+2C=Si+2CO高温高温Si+C=SiC高温高温一般碳过量！一般碳过量！SiO2+3C=SiC+2CO高温高温氧化剂与氧化剂与还原剂的还原剂的比？比？1:25.硅的工业制取硅的工业制取（1）粗硅的制备：）粗硅的制备：（2）粗硅的提纯：）粗硅的提纯：碳稍过量，制得的硅叫粗硅！碳稍过量，制得的硅叫粗硅！SiCl4+2H2=Si+4HClSi+2Cl

17、2=SiCl4高温高温99.999%1.要除去要除去SiO2中的中的CaO杂质，最杂质，最适宜的试剂是适宜的试剂是A.氨水溶液氨水溶液 B 盐酸盐酸 C 氢氟酸氢氟酸 D 苛性钠溶液苛性钠溶液练习练习： 练习：练习：2.钠长石钠长石 NaAlSi3Ox X为为_，以氧，以氧化物形式表示为化物形式表示为_3.SiC俗称（），具有金属的结构，硬度俗称（），具有金属的结构，硬度大可用作（）、（），含大可用作（）、（），含4%硅的（）硅的（）具有很高的导磁性。人工合成的（）具有很高的导磁性。人工合成的（）是目前最好的既耐高温有耐低温的橡是目前最好的既耐高温有耐低温的橡胶，人工制造的（），主要用作吸附胶

18、，人工制造的（），主要用作吸附剂和催化剂。剂和催化剂。SiO2Na2SiO3H2SiO3CaSiO3SiO2、Cl2HF、F2NaOHHF光导纤维光导纤维玛瑙玛瑙水晶水晶硅芯片硅芯片集成路集成路太阳能电池太阳能电池总结：总结：SiF4试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶细口磨口塞细口磨口塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口橡皮塞细口橡皮塞1. 1. 根据试剂各自的性质，在对应的试剂根据试剂各自的性质，在对应的试剂瓶和试剂之间进行连线。瓶和试剂之间进行连线。练习：练习：练习：练习：2.下列物质中，能够与下列物质中，能够与NaOH溶溶液反应的是（液反应的是（ ）A.Na2CO3 B. Na2SiO3C. SiO2 D. Al(OH)3CD3、下列说法正确的是（）、下列说法正确的是（）ASiO2溶于水显酸性溶于水显酸性BSiO2是硅酸的酸酐是硅酸的酸酐CSiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸是酸性氧化物，不溶于任何酸DSiO2晶体中不存在单个晶体中不存在单个SiO2分子分子练习：练习：B D练习：练习：4.下列物质的变化，不能通过化合下列物质的变化，不能通过化合反应得到的（反应得到的（ ）A. SiO2 Na2SiO3 B. Fe(OH)2 Fe(OH