二氧化硅和硅酸

1、第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物非金属非金属氧、硅氧、硅氮、氧氮、氧NaCl构成地壳的骨架构成地壳的骨架空气的主空气的主要元素要元素SO2、NO2、CO影响大气质量影响大气质量的气态氧化物的气态氧化物人人体体生生理理必必需需的的食食用用盐盐 硅的化合物构成了地壳中大部分硅的化合物构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤的岩石、沙子和土壤, ,约占地壳质量约占地壳质量的的90%90%以上。以上。硅的广泛存在硅的广泛存在第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅硅和碳的原子结构硅和碳的原子结构 碳是构成有机碳是构成有机物的主要元素物的主要元素硅是构成岩石与许硅是构成岩石与

2、许多矿物的基本元素多矿物的基本元素SiC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硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素, ,在自然界中它在自然界中它总是与氧相互化合的总是与氧相互化合的( (与碳不同与碳不同) )氧化物氧化物硅酸盐硅酸盐存在形式存在形式无游离态无游离态第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅天然天然SiO2 结晶形结晶形（石英）（石英）无定形（硅藻土）无定形（硅藻土）纯净的纯净的SiO2晶体叫做晶体叫做水晶水晶具有彩色环带状或层状的叫具有彩色环带状或层状的叫玛瑙玛瑙 1、二氧化硅的存在、二氧化硅的存在一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）晶体二氧化

3、硅晶体二氧化硅无定形二氧化硅无定形二氧化硅晶晶玛瑙玛瑙SiO二氧化硅的结构二氧化硅的结构.SiO2原子晶体原子晶体SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）3、二氧化硅的物理性质、二氧化硅的物理性质物质物质SiO2CO2状态状态(常温常温)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不溶不溶大大一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）3、二氧化硅的物理性质、二氧化硅的物理性质 坚硬难熔的固体，不溶于水，不坚硬难熔的固体，不溶于

4、水，不导电。导电。纯净的二氧化硅晶体无色透明。纯净的二氧化硅晶体无色透明。一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）4、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质酸性氧化物酸性氧化物a.与碱反应：与碱反应：SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2Ob.与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：SiO2CaO = =CaSiO3高温高温思考：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? ?因为碱液会跟玻璃塞中的因为碱液会跟玻璃塞中的SiOSiO2 2反应，反应，生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。粘连在一

5、起。SiO2 2OH= SiO32 H2O一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）4、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质高温下与碳单质反应：高温下与碳单质反应：SiO2+2C=Si+2CO高温高温工业上用此反应制备粗硅工业上用此反应制备粗硅氧化产物是氧化产物是CO而不是而不是CO2SiO2+3C=SiC+2CO高温高温（弱氧化性）（弱氧化性）一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）4、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质SiO2Si价值价值50005000元的芯片元的芯片用户沙滩点沙成金点沙成金一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）4、二氧化硅的化学性质

6、、二氧化硅的化学性质特性：特性：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O思考：思考：2.为什么为什么HF溶液不能用玻璃瓶存放溶液不能用玻璃瓶存放?1. SiO2是不是两性氧化物是不是两性氧化物?能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiOSiO2 2）雕刻巧匠氢氟酸雕刻巧匠氢氟酸 玻璃光滑坚硬，用什么刀子能雕刻出这玻璃光滑坚硬，用什么刀子能雕刻出这些花纹图案和刻度呢？当然用普通刀子是些花纹图案和刻度呢？当然用普通刀子是不能完成这一工艺的。说来有趣，找到能不能完成这一工艺的。说来有趣，找到能够在玻璃上自如地雕刻的特殊够在玻璃上自如地雕刻的特殊“刀子刀子”，还是从发现一种会还是从发

7、现一种会“啃啃”玻璃的化学物质玻璃的化学物质开始的。开始的。一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）4、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质高温下与碳酸盐反应高温下与碳酸盐反应SiO2+Na2CO3=Na2SiO3 +CO2高温高温SiO2+CaCO3=CaSiO3 +CO2高温高温工业上制玻璃的反应原理工业上制玻璃的反应原理一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途饰物饰物现代通信光导纤维现代通信光导纤维光学纤维胃镜光学纤维胃镜石英坩埚石英坩埚二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状状 态态物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与碱与碱与碱与碱性氧性氧化物化物与

8、酸与酸 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应 = 固固 态态熔沸点低熔沸点低气气 态态熔沸点高、硬度大熔沸点高、硬度大人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤等装饰、石英坩埚、光纤等二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较高温高温二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3） 硅酸是一种不溶于水的弱酸，酸硅酸是一种不溶于水的弱酸，酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色。性比碳酸还弱，不能使指示剂变色。讨论：讨论：能用能用SiO2与

9、水反应制得吗与水反应制得吗？由于由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。硅酸盐与其它酸反应制得的。如何制得硅酸如何制得硅酸？二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）实验实验4-14-1在试管中加入在试管中加入3-4mLNa2SiO3溶液，滴入溶液，滴入1-2滴滴酚酞溶液，再逐滴加入稀盐酸溶液，边加边酚酞溶液，再逐滴加入稀盐酸溶液，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。观察现象。观察现象。1、硅酸的制备、硅酸的制备二、硅酸（二、硅酸

10、（H H2 2SiOSiO3 3）现象现象结论结论化学方化学方程式程式溶液呈红色溶液呈红色, ,加入盐酸溶液红色变加入盐酸溶液红色变浅并接近消失时浅并接近消失时, ,有白色胶状物质有白色胶状物质生成生成. .硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。反应制得的。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体胶体)+2NaCl若改变操作顺序或盐酸过量，则会生成硅酸沉淀：若改变操作顺序或盐酸过量，则会生成硅酸沉淀：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl讨论：讨论： 如何设计实验证明硅酸的酸性比碳酸弱如何设计实验证明硅酸的酸性比碳酸弱？向向Na2SiO3溶液里

11、通入少量溶液里通入少量CO2气体气体:Na2SiO3+ CO2 +H2O=H2SiO3+Na2CO3若通入若通入CO2气体过量气体过量:Na2SiO3+ 2CO2 +2H2O=H2SiO3+2NaHCO3二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）2、化学性质化学性质H2SiO3 = SiO2 + H2O 硅酸不稳定，受热易分解：硅酸不稳定，受热易分解：2 2、硅酸（、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）2、化学性质化学性质2NaOH+H2SiO3 = Na2SiO3+ 2H2O硅酸与碱溶液反应：硅酸与碱溶液反应：硅胶多孔，吸水能力

12、强，常用作干燥剂硅胶多孔，吸水能力强，常用作干燥剂吸水吸水二、硅酸（二、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1. 硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等木材防火剂等三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸馏水放入蒸馏水现象现象结论结论放入放入Na2SiO3溶液溶液硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1.

13、 硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等木材防火剂等实验实验4-2三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸馏水放入蒸馏水现象现象结论结论水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1. 硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等木材防火剂等实验实验4-2三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸馏水放入蒸馏水现象现象结论结论水份蒸发后燃烧

14、水份蒸发后燃烧放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，水份蒸发后，失去防火作用失去防火作用防火效果好防火效果好用作防火剂用作防火剂硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1. 硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等木材防火剂等实验实验4-2硅酸盐表示方法：硅酸盐表示方法：硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成原则：金属氧化

15、物（较活泼原则：金属氧化物（较活泼 较不活较不活 泼泼 ）非金属氧化物非金属氧化物方法：方法：1 1、找组成元素、找组成元素 2 2、写成氧化物的形式、写成氧化物的形式 3 3、原子个数比不变、原子个数比不变 4 4、检查有无遗漏、检查有无遗漏2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OSiO2 2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO22. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OS

16、iO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO22. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O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SiO2H2O2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示三、硅酸盐三、硅酸盐无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产

17、品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃3. 硅酸盐产品硅酸盐产品三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐产品简介：硅酸盐产品简介：产品产品主要主要原料原料主要主要设备设备反应反应条件条件主要反应或主要成分主要反应或主要成分主要主要性质性质水泥水泥粘土、粘土、石灰石、石灰石、(石膏石膏)适量适量水泥水泥回转窑回转窑高温高温硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl2O3水水硬硬性性玻璃玻璃纯纯 碱碱石灰石石灰石石石 英英玻璃窑玻璃窑高温高温碳化硅碳化硅(金刚砂金刚砂,SiC)：硬度大硬度大硅钢：硅钢：高导磁性高导磁性硅橡胶：硅橡胶：良好的弹性良好的弹

18、性分子筛：分子筛：吸附剂、催化剂吸附剂、催化剂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、水泥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、超导陶瓷等透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校生生 物物 陶陶 瓷瓷 应应 用用湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校三三、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。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。

19、晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点很高、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）、是半导体。是半导体。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：常温下硅单质的化学性质不活泼、化学性质：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 =

20、NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2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，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