第一节无机非金属材料的主角-硅2

1、第四章第四章 非金属及及其化合物非金属及及其化合物(2(2课时课时) )制作制作: :李小明老师李小明老师/2010.01/2010.011.1.硅原子与碳原子结构相似硅原子与碳原子结构相似. . 硅的原子结构与存在硅的原子结构与存在 相似点相似点: :硅和碳原子最外层均为硅和碳原子最外层均为4 4个电子个电子, ,既不易得电既不易得电子也不易失电子子也不易失电子. .很难形成离子很难形成离子. .最高正价为最高正价为+4+4价价. .不同点不同点: :碳原子半径比硅原子半径小碳原子半径比硅原子半径小. .SiSi+142 8 4C C+62 42.2.存在存在. .硅在地壳中含量为硅在地壳中

2、含量为26.3%,26.3%,仅次于氧仅次于氧. .碳是构成有机物的主要元素碳是构成有机物的主要元素; ;硅是构成岩石和许多硅是构成岩石和许多矿物的基本元素矿物的基本元素, ,主要以氧化物和桂酸盐的形式存在主要以氧化物和桂酸盐的形式存在. .氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅的存在硅的存在 自然界硅元素的存在自然界硅元素的存在 只有化合态只有化合态 二氧化硅和硅酸盐二氧化硅和硅酸盐自然界碳元素的存在自然界碳元素的存在 化合态和游离态化合态和游离态1.1.结构结构( (教材教材74-7

3、574-75页页) )水晶水晶10928约约180SiOSiOSiO2 2是正四面体的空间网状结构是正四面体的空间网状结构SiOSiO2 2晶体有多种晶型晶体有多种晶型硅石硅石(12%)(12%)结晶形：石英结晶形：石英无定形无定形水晶水晶玛瑙玛瑙水晶水晶石英晶体是结晶的石英晶体是结晶的SiOSiO2 2, ,具有不同的晶型和色彩具有不同的晶型和色彩. .水晶水晶: :无色透明的石英晶体无色透明的石英晶体玛瑙玛瑙: :具有彩色环带状或层状的称为玛瑙具有彩色环带状或层状的称为玛瑙沙子中含有小粒的石英晶体沙子中含有小粒的石英晶体. .水晶水晶玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙3.3.化学性质化学性质: : 纯净的

4、二氧化硅是无色透明的纯净的二氧化硅是无色透明的, ,硬度大、熔点高、不溶于水硬度大、熔点高、不溶于水很稳定很稳定2.2.物理性质物理性质二氧化硅是酸性氧化物二氧化硅是酸性氧化物,能与碱性氧化物、强碱等反应能与碱性氧化物、强碱等反应难溶于水，不与水反应难溶于水，不与水反应不与酸反应（氢氟酸除外）不与酸反应（氢氟酸除外） SiOSiO2 2 + 2 + 2 NaOHNaOHNaNa2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O O是酸性氧化物是酸性氧化物SiOSiO2 2 + + CaOCaO CaSiO CaSiO3 3 高温高温 SiOSiO2 2 +4HF +4HFSiFSiF4 4 +

5、2H + 2H2 2O O4.4.用途用途沙子为基本的建筑材料、装饰品、坩埚、沙子为基本的建筑材料、装饰品、坩埚、光导纤维等光导纤维等5.CO5.CO2 2与与SiOSiO2 2二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化碳二氧化碳COCO2 2二氧化硅二氧化硅SiOSiO2 2物质分类物质分类 与酸与酸反应反应与与碱性氧化碱性氧化物反应物反应与碱与碱反应反应与水与水反应反应均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高温CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反应不反应Si

6、O2 + 4HF = SiF4 + 2H2O不反应不反应思考与交流思考与交流1 1、为什么实验室中、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中用玻璃塞（玻璃中含有含有SiOSiO2 2）？）？2 2、实验室能否用玻实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？璃瓶保存氢氟酸？ 防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘性的溶液反应生成粘性的NaNa2 2SiOSiO3 3，使使瓶塞和瓶口粘在一起瓶塞和瓶口粘在一起硅酸硅酸(H(H2 2SiOSiO3 3) )1.1.物理性质物理性质:不溶于水不溶于水，是一种，是一种白色粉末白

7、色粉末状的固体。状的固体。2.2.化学性质化学性质: :硅酸是一种硅酸是一种弱酸（比碳酸弱）弱酸（比碳酸弱），不能使指示剂变色不能使指示剂变色. .2NaOH+H2NaOH+H2 2SiOSiO3 3=Na=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O O3.3.制备制备利用可溶性的硅酸盐一比硅酸强的酸反应制得利用可溶性的硅酸盐一比硅酸强的酸反应制得. . NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3( (胶体）胶体） 实验实验4-14-1向饱和向饱和NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸

8、再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式 滴滴入入酚酞溶液呈酚酞溶液呈红色红色NaNa2 2SiOSiO3 3呈碱性呈碱性NaNa2 2SiOSiO3 3 +2HCl +2HCl H H2 2SiOSiO3 3 ( (胶体）胶体）+ + 2NaCl2NaCl实验探究：实验探究：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水硅酸难溶于水 硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为为“硅胶硅胶”。 “硅胶硅胶”可做干燥剂或催化剂的载体可做干燥剂或催化剂的载体活动与探究：活动与探究： 硅酸是一种硅酸是一种比碳酸还要弱比碳酸还要弱的的酸，请

9、设计实验证明。酸，请设计实验证明。 把把COCO2 2通入通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中，观察溶液中，观察发生发生的现象？的现象？提示：提示：1. 1. 下列说法正确的是（）下列说法正确的是（）A ASiOSiO2 2溶于水显酸性溶于水显酸性B BCOCO2 2通入水玻璃通入水玻璃( (硅酸钠的水溶液）可硅酸钠的水溶液）可 得硅酸得硅酸C CSiOSiO2 2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸D DSiOSiO2 2晶体中不存在单个晶体中不存在单个SiOSiO2 2分子分子B DB D教学目的：教学目的：1.1.了解硅、硅酸盐的主要性质。了解硅、硅酸盐的主要性

10、质。2.2.了解几种重要无机非金属材料的生产及用途了解几种重要无机非金属材料的生产及用途. .3.3.了解晶体硅的重要用途。了解晶体硅的重要用途。教学重点：教学重点：硅和硅酸盐的性质。硅和硅酸盐的性质。1.1.物理性质物理性质: :硅酸钠硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗名泡花碱，俗名泡花碱, ,可溶可溶于水的固体于水的固体; ;其水溶液其水溶液 俗称水玻璃，可制备硅胶和俗称水玻璃，可制备硅胶和防火剂。防火剂。 实验实验4-24-2放入蒸馏水现象结论水份蒸发后燃烧放入Na2SiO3溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，失去防火作用防火效果好用作防火剂2.2.化学性质化学性质: :硅酸钠溶

11、液显碱性硅酸钠溶液显碱性, ,与酸反应制得硅酸胶体与酸反应制得硅酸胶体. .1.1.硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属组成的化硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属组成的化合物的总称，是一大类结构复杂的固态物质，合物的总称，是一大类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。大多数不溶于水，化学性质稳定。2.2.硅酸盐组成的表示硅酸盐组成的表示: :通常用金属氧化物和二氧化硅的通常用金属氧化物和二氧化硅的组合形式表示其组成组合形式表示其组成. .硅酸盐硅酸盐化学式化学式用氧化物的形式表示用氧化物的形式表示石棉石棉CaMgCaMg3 3SiSi4 4O O1212长石长石KAlSiKAlSi3 3O

12、O8 8黏土黏土AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4硅酸钠硅酸钠NaNa2 2SiOSiO3 3CaOCaO3MgO3MgO4SiO4SiO2 2K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O ONaNa2 2O OSiOSiO2 23.3.硅酸盐的丰富性和多样性硅酸盐的丰富性和多样性( (教材教材77-77-7878页页).).4.4.硅酸盐产品硅酸盐产品( (见教材见教材78-7978-79页页).).传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷: :黏土黏土陶瓷陶瓷高温高温普通玻璃普通玻璃: :

13、纯碱、石灰纯碱、石灰石、石英石、石英混合、混合、粉碎粉碎玻璃玻璃窑窑高温高温玻璃玻璃水泥水泥: :黏土、黏土、石灰石石灰石研磨、研磨、混合混合水泥回水泥回转窑转窑高温高温石膏石膏研细研细水泥水泥5.5.其他特殊的含硅物质其他特殊的含硅物质( (见教材见教材78-7978-79页页).).6.6.新型陶瓷新型陶瓷( (见教材见教材7979页页).). 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 玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: Na2OCaO6SiO2 分子筛分子筛具有均匀微孔结构的铝硅酸盐具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨1.物理性质:灰黑色、有金属光泽、

14、硬而脆的固体。是重要的半导体材料。2.化学性质:（与碳相似）常温下不与强酸、强氧化剂反应，只能与常温下不与强酸、强氧化剂反应，只能与HFHF、F F2 2、NaOHNaOH等物质反应。等物质反应。 Si+2FSi+2F2 2 = = SiFSiF4 4 Si+4HF=SiF Si+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+H Si+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2 加热条件下能与一些单质反应。加热条件下能与一些单质反应。 Si+OSi+O2 2 = = SiOSiO2 2 Si+2H Si+2H2 2 = SiH= SiH4 4 高

15、温高温工业上，用工业上，用焦焦炭炭在高温下还在高温下还原原石英砂石英砂可制可制得粗硅，又能得粗硅，又能跟氯气反应经跟氯气反应经提纯得到提纯得到 SiClSiCl4 4后再用氢气还后再用氢气还原制得纯硅：原制得纯硅：3.3.硅的工业制备硅的工业制备硅单硅单质质SiO22CSi(粗粗)2CO Si(粗粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯纯)4HCl 硅作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流硅作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池。器、太阳能电池。制合金。含硅制合金。含硅4%4%的钢有导磁性的钢有导磁性- -变压器铁芯；变压器铁芯；含硅含硅15%15%的钢有良好的耐酸性。的钢有

16、良好的耐酸性。4.用途太阳能电池大规模集成电路 例题例题 例例11用地壳中某主要元素生产的多种产品在在现代高科用地壳中某主要元素生产的多种产品在在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：要作用。例如：计算机芯片的主要成分是：计算机芯片的主要成分是：_光导纤维的主要成分是：光导纤维的主要成分是：_应用最多的太阳能电池的光电转化材料是：应用最多的太阳能电池的光电转化材料是：_常用做吸附剂、干燥剂或催化剂载体的是：常用做吸附剂、干燥剂或催化剂载体的是：_硅硅SiO2硅硅硅胶硅胶 例题例题 例例22矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶

17、解其中可溶部分生成矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的的, ,此处所指的风化作用是指矿物与水和此处所指的风化作用是指矿物与水和COCO2 2同时作用的过程同时作用的过程. . 例如钾长石例如钾长石(KAlSi(KAlSi3 3O O8 8) )风化生成高岭土风化生成高岭土AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4,此反此反就的离子方程式为就的离子方程式为: : 2KAlSi2KAlSi3 3O O8 8+2H+2H2 2COCO3 3+9H+9H2 2O=2KO=2K+ +2HCO+2HCO3 3- -+4H+4H4 4SiOSiO4 4+ Al+ Al2

18、 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式. . KAlSi KAlSi3 3O O8 8_ Al Al2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4_上述反应能够发生的原因上述反应能够发生的原因:_:_K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O较强的酸能制较弱的酸较强的酸能制较弱的酸 例例33NaNa2 2SiOSiO3 3溶液俗名为溶液俗名为:_:_它可以作肥皂的它可以作肥皂的 填料填料, ,木材木材_剂及剂及_剂

19、等剂等. . 在试管中加入在试管中加入3-5ml3-5ml饱和的饱和的NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液, ,滴入滴入1-21-2滴酚酞溶滴酚酞溶液液, ,再滴加稀盐酸再滴加稀盐酸, ,边加边振荡边加边振荡, ,至溶液红色变浅并接近消失至溶液红色变浅并接近消失. .静置静置. .观察到的现象为观察到的现象为_反应的化学方程反应的化学方程式为式为:_ :_ 将将中溶液过滤中溶液过滤, ,将滤渣干燥脱水形成一种吸水能力强的将滤渣干燥脱水形成一种吸水能力强的多孔固体多孔固体, ,俗名是俗名是_,_,它常用作实验室和袋装食品、瓶它常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的装药品等的_,_,也可用作也可

20、用作_的载体的载体 硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下, ,风化为黏土风化为黏土, ,并且形成土壤并且形成土壤胶体胶体. .土壤胶体因其土壤胶体因其_巨大且一般带巨大且一般带_电电, ,能吸收能吸收_等数十种生物所需的营养离子等数十种生物所需的营养离子, ,所以土壤具有保所以土壤具有保肥能力肥能力. .中国黄土高坡产生的沙尘吹入大气形成气溶胶中国黄土高坡产生的沙尘吹入大气形成气溶胶, ,也是也是一种胶体粒子一种胶体粒子, ,由于它们的由于它们的_,_,是大气中水蒸气凝结成雨水降落到地面的必要条件是大气中水蒸气凝结成雨水降落到地面的必要条件. .水玻璃水玻璃防火防火黏胶黏胶产生白色沉淀产生白色沉淀NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H