第一节 无机非金属材料主角——硅

1、第一节无机非金属材料的主角第一节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 硅元素在地壳中含量第二，为硅元素在地壳中含量第二，为26.3%。硅的氧化物及硅酸盐占地壳质量的硅的氧化物及硅酸盐占地壳质量的90%以上。以上。地球生物生存的根基地球生物生存的根基硅酸盐、空气、水、阳光硅酸盐、空气、水、阳光从原子角度认识硅原子从原子角度认识硅原子既不易失去电子，也不易得到电子，既不易失去电子，也不易得到电子，所以所以,硅硅的化学性质不活泼的化学性质不活泼,主要形成四价化合物主要形成四价化合物CSi思考：思考： 碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因碳和硅在自然界中存在形式有所

2、不同的原因是什么？是什么？碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更强强Si无单质状态无单质状态化合态：硅的氧化物和硅酸盐化合态：硅的氧化物和硅酸盐天天然然的的 SiO2 硅硅石石有结晶形（石英晶体）有结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）(1)存在存在地球上存在的天然二氧化硅称为（统称为）硅石硅石结晶形（石英）结晶形（石英）无定形无定形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(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

3、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原子相原子相结合结合。SiO2四面体四面体 P75 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来表示二氧来表示二氧 化硅的组成化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个的原子个数比数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。(3)性质性质 SiO2是一种是一种坚硬难熔坚硬难熔的固体的固体,不溶于水，不溶于水，纯净的二氧化硅无色透明。纯净的二氧化硅无色透明。A、 SiO2的的物理性质物理性质：与与CO2对比对比二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化学式化学式化学式的化学

4、式的意义意义通常状况通常状况下的状态下的状态硬度硬度水溶性水溶性熔沸点熔沸点二氧化硅和二氧化碳的比较二氧化硅和二氧化碳的比较CO2SiO2表示二氧化碳表示二氧化碳分子及其组成分子及其组成表示二氧化硅晶体表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比中硅氧原子个数比气态气态固态固态很小很小很大很大可溶于水可溶于水不溶于水不溶于水很低很低很高很高回忆回忆：CO2的主要化学性质的主要化学性质（有粘性）有粘性）【问题问题】某同学根据某同学根据氢氢氟酸反应氟酸反应,推断推断3、弱氧化性：弱氧化性：SiO2 + 2C Si + 2CO高温高温二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状态状态气态气态固态固态物理性质物理性质熔

5、点低熔点低熔点高，硬度熔点高，硬度大大化化学学性性质质与水反应与水反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与碱反应与碱反应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不能不能能能能能与酸反应与酸反应只与只与HF反应反应 用途用途人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等P75,图图4-5SiO2的广泛的广泛应用应用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光导纤维手术头灯想一想想一想2、实验室为什么、实验室为什么不用玻璃瓶盛装不用玻璃瓶盛装氢氟酸？氢氟酸？1、实

6、验室盛装、实验室盛装NaOH溶液的试剂溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？而不用玻璃塞？ HF能腐蚀玻璃，因此，盛装能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。塑料瓶。 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，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装结而无法打开。因此盛装NaOH溶溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。橡胶塞。酸溶液酸溶液碱溶液碱溶液盐溶液盐溶液2、硅酸（、硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的对应水化物（的对应水化物（ SiO2

7、是是H2SiO3的酸酐），是一种不溶性酸，是一的酸酐），是一种不溶性酸，是一种白色固体，其酸性比种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。还弱。（1）制法）制法可溶性硅酸盐与酸反应：可溶性硅酸盐与酸反应：现象现象结论结论化学方化学方程式程式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，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸。水的硅酸。实验实验4-1Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO

8、3（胶体）（胶体）（2 2）、）、H H2 2SiOSiO3 3 的物理性质的物理性质硅酸溶胶硅酸溶胶（能流动）（能流动）硅酸硅酸硅酸凝胶硅酸凝胶（不能流动）（不能流动）硅胶硅胶聚合聚合浓度增大浓度增大干燥脱水干燥脱水硅胶的应用硅胶的应用干燥剂干燥剂吸附剂吸附剂催化剂载体催化剂载体（吸水）（吸水）（多孔）（多孔）酸性很弱，只能与强碱发生中和反应酸性很弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 用用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可证明，可证明酸性：酸性：H2SiO3 H2CO

9、3SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3SiO32- + 2H+ = H2SiO3H2SiO3 = H2O + SiO2（3 3）、）、H H2 2SiOSiO3 3 的化学性质的化学性质二、硅酸盐二、硅酸盐硅酸钠（硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）：）： 性质：可溶于水，水溶液呈碱性。性质：可溶于水，水溶液呈碱性。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 特点：结构复杂、大多不溶于水、化学性质稳定。特点：结构复杂、大多不溶于水、化学性质稳

10、定。水玻璃水玻璃 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液 用途：木材防火、黏胶剂等用途：木材防火、黏胶剂等 实验实验4 42P772P77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燃烧燃烧无明火，不燃烧无明火，不燃烧结论结论NaNa2 2SiOSiO3 3不易燃烧，不易燃烧，可作防火剂可作防火剂硅酸盐工业硅酸盐工业1 1、玻璃：、玻璃： 原料：纯碱、石灰石和石英原料：纯碱、石灰石和石英 反应原理：反应原理：NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3+SiO+

11、SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2 主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2 （NaNa2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2） 2 2、水泥：、水泥：主要原料：粘土和石灰石主要原料：粘土和石灰石 石膏石膏作用是调节水泥硬化速度作用是调节水泥硬化速度3 3、陶瓷：、陶瓷：主要原料：粘土主要原料：粘土 4 4、特殊含硅化合物、特殊含硅化合物碳化硅碳化硅SiCSiC，俗名，俗名金刚砂，金刚砂，具有的空间网状结构具有的空间网状结构（与金刚石，二氧化硅相似）（与金刚石，二氧化硅相似）， 硬度大，熔点高。硬

12、度大，熔点高。高温高温NaNa2 2SiOSiO3 3 : Na: Na2 2OSiOOSiO2 2AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 : : AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O OCa(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010)3H)3H2 2O KAlSiO KAlSi3 3O O8 8 钙沸石钙沸石正长石正长石高岭石高岭石将硅酸盐改写成氧化物形式：将硅酸盐改写成氧化物形式： 金属氧化物金属氧化物 二氧化硅二氧化硅水水三、硅三、硅 1 1、存在和状态：、存在和状态：(1)(1)只有化合态，无游离态；只有化合态，无游离态

13、；(2)(2)晶体硅和无定型硅。晶体硅和无定型硅。2 2、物理性质：、物理性质：灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。3 3、化学性质：、化学性质：不活泼不活泼加热时：与某些非金属反应加热时：与某些非金属反应Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 24 4、用途：、用途：半导体材料半导体材料5 5、工业制粗硅（课本练习、工业制粗硅（课本练习P81P81）：）：SiOSiO2 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+2

14、H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温高温SiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiClSiCl4 4 Si Si+C +Cl+C +Cl2 2 精馏精馏+H+H2 2高温高温高温高温高温高温 1、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 B.二氧化硅二氧化硅 C.石墨石墨 D.硅酸钠硅酸钠2、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）A.稳定性：稳定性：CO2 SiO2 B.酸性：酸性：H2SiO3 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.导电能力：导电能力：Si Cu3、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是不能用