无机非金属材料的主角—硅(4-1-1)

1、第一节第一节 无机无机非金属非金属材料的材料的主角主角硅硅 目标： 了解硅在自然界中的含量、存在、用途。 了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质。 含量：地壳中第二，为26.3%沙子沙子 自然界中硅没有游离态，只有化合态，主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。 硅是一种亲氧元素是构成岩石与许多矿物的基本元素从沙滩到用从沙滩到用 硅的原子结构硅的原子结构硅和碳一样硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得其原子既不易失去又不易得到电子到电子,主要形成四价的化合物主要形成四价的化合物.+142 8 4Si2 4+6C1 1. .二氧化硅二氧化硅(SiO(SiO2 2) ) （1 1）存在形式

2、）存在形式天然硅石天然硅石结晶形结晶形无定形无定形石英晶体石英晶体水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅一、二氧化硅(SiO2)和硅酸（和硅酸（H2SiO3）沙子沙子含小粒的石英晶体含小粒的石英晶体 硅石、石英、水晶、玛瑙，的树状分硅石、石英、水晶、玛瑙，的树状分类图。类图。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水水 晶晶玛玛 瑙瑙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二氧化硅的应二氧化硅的应用用光导纤维光导纤维

3、石英坩埚石英坩埚（2）SiO2的SiO4四面体结构 正四面体 空间网状结构 硅氧比例：1：2 没有SiO2 分子存在， 只存在硅氧原子根据SiO2的存在和应用，分析以下问题： SiO2具有哪些物理性质 SiO2化学稳定性如何？硬度大、熔点高、难溶于水很稳定很稳定（3 3）SiOSiO2 2的物理性质的物理性质 （4） CO2的化学性质 SiO2的化学性质请分别写出CO2与H2O、CaO、Na2O、NaOH反应的化学方程式。 CO2 + H2O = CO2 + CaO = CO2 + Na2O = CO2 + NaOH =H2CO3Na2CO3NaHCO3CaCO3酸性氧化物酸性氧化物 SiO2

4、的化学性质的化学性质? SiO2 + H2O- SiO2+ CaO = SiO2+ Na2O = SiO2+ NaOH = SiO22NaOHNa2SiO3H2O3）化学性质）化学性质(不活泼不活泼)（1）酸性氧化物酸性氧化物、与碱反应、与碱反应 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡皮塞橡皮塞而不用玻璃塞，而不用玻璃塞，你知道为什么吗？你知道为什么吗？ 防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2与与NaOH溶液反溶液反应生成粘稠的应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶，使瓶塞和瓶口粘在一起口粘在一起、与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应高温高温SiO2CaO CaSiO3（2）极弱氧化

5、性极弱氧化性SiO22C Si2CO高温高温工业上用此反应制备粗硅，这就是工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户从沙滩到用户”！（3 3）特性）特性SiO2+4HF=SiF4+2H2O 注意：玻璃中含有SiO2，所以可以用氢氟酸来刻蚀玻璃。（保存 ？）二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)物质分类 与酸反应与碱性氧化物反应与碱反应与水反应均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物 CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高温高温 CO2 2NaOH Na2CO3+H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反应不反应 SiO2 + 4HF = SiF4

6、 + 2H2O不反应不反应SiO2的化学性质1.与生石灰反应5.与与C反应反应4.4.与与NaNa2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 33.3.与与HFHF反应反应2.2.与与NaOHNaOH溶液反应溶液反应【小结小结】SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+4HF=SiF4 +2H2O高温高温SiO2+2CSi+2COSiOSiO2 2+CaO+CaOCaSiO3高温高温SiO2+Na2CO3CaSiO3+CO2Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3高温高温高温高温2.2.硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3） （1）制备：硅酸盐）制备：硅酸盐 + 酸酸实验步骤

7、实验现象结论和解释在试管中加入2ml饱和Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞溶液溶液颜色由无色变成 色 Na2SiO3溶液 呈 性再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液颜色变浅并接近消失时停止。溶液颜色由 色逐渐变成 色，最后出现 酸性强弱：盐酸 硅酸红红红红无无碱碱无色透明溶胶无色透明溶胶Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）+Na2CO3（2）化学性质 酸性：H2SiO3 + 2NaOH= Na2SiO3 + 2H2O 弱酸（酸性比碳酸弱），溶解度很小 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3 （胶体） +N

8、a2CO3 不稳定性： H2SiO3 = SiO2 + H2O硅胶硅胶是硅酸凝胶经干燥脱水后得到的，是硅酸凝胶经干燥脱水后得到的，可作干燥剂和催化剂载体。可作干燥剂和催化剂载体。（3）用途H2SiO3分子大小在胶体范围分子大小在胶体范围，逐渐聚合而形成，逐渐聚合而形成硅酸溶硅酸溶胶（能流动）胶（能流动），当硅酸的，当硅酸的浓度较大浓度较大时，就会形成硅酸时，就会形成硅酸凝凝胶（不能流动）胶（不能流动），硅酸凝胶经过，硅酸凝胶经过干燥脱水就形成干燥脱水就形成硅胶硅胶。硅胶的用途：硅胶的用途：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。今天学到了什么

9、今天学到了什么（一）（一）二氧化硅二氧化硅物理性质：物理性质：化学性质化学性质:用途：用途： （二）硅酸（二）硅酸制备制备: : 物理性质：物理性质： 化学性质化学性质:用途：用途：一、二氧化硅一、二氧化硅(SiO2)和硅酸（和硅酸（H2SiO3）光导纤维，光导纤维，石英玻璃等石英玻璃等酸性氧化物酸性氧化物难溶于水难溶于水极弱的酸性极弱的酸性硅酸盐硅酸盐 + 酸酸干燥剂和催化剂载体等干燥剂和催化剂载体等1地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ）A熔点很高 B与水反应生成对应的酸C坚硬 D可与烧碱反应生成盐 2下列物质中，主要成分不是SiO2的是（ ）A金刚石 B玛瑙 C

10、水晶 D石英BA课堂练习课堂练习3要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）A纯碱溶液 B盐酸 C硫酸 D苛性钠溶液4下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（ ）A烧碱溶液 B浓硫酸 C氢氟酸 D碳酸钠溶液BC5下列叙述正确的是（ ）A自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应C 6 .下列试剂可用带磨口玻璃塞的试剂瓶存放的是 （ ） A.硅酸钠溶液 B.液溴 C.氢氟酸 D.氢氧化钠溶液B 7.能证明碳酸比硅酸酸性强的实验是 （ ） A.CO2溶于水生成碳酸，而SiO2不溶于水

11、B. 高温时发生反应 Na2CO3+ SiO2=Na2SiO3+CO2 C.碳酸受热比硅酸易分解 D.将CO2通入Na2SiO3溶液中有白色胶装沉淀生成。D 8.熔融烧碱应选用的器皿是 （ ） A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚 C.生铁坩埚 D.刚玉坩埚C 9.下列叙述中不正确的是 （ ） A. SiO2是生产光导纤维和粗硅的主要原料 B. SiO2和CO2都能与水反应生成相应的酸 C. SiO2和CO2都属酸性氧化物，都能与碱反应 D.水晶的主要成分是SiO2B二、硅酸盐 1. 含义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。含义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。2. 结构复杂结构复杂3. 性质：性

12、质： 一般不溶于水一般不溶于水化学性质很稳定化学性质很稳定放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论当水分蒸发后当水分蒸发后燃烧燃烧当水分蒸发后不易当水分蒸发后不易燃烧燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防火剂的原料制备木材防火剂的原料4.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3) ：水溶液俗称水玻璃：水溶液俗称水玻璃实验（实验（4-2）NaNa2 2SiOSiO3 3NaNa2 2O OSiOSiO2 2用二氧化硅和金属氧化物的形式表示用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。其组成。l要领：要领：两边原子个数比守恒两边原子个数比守恒l格式：金属氧化物、二氧化硅

13、、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水l顺序：金属按活动顺序表顺序：金属按活动顺序表K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2Al2Si2O5(OH)4KAlSi3O8K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O6.硅酸盐的丰富性和多样性人面鱼纹盆人面鱼纹盆（1）陶瓷：日用器皿、建筑饰材、卫生洁具陶陶 瓷瓷原料原料：黏土黏土条件条件：高温烧结高温烧结（2 2）普通玻璃: Na: Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2原料原料：纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英设备设备：玻璃窑玻璃窑条件条件：高温熔融高温熔融主要反应主要反应：主要成份主要成份：硅酸钠

14、、硅酸钙、二氧化硅硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅高温高温SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3+CO2 高温高温玻玻 璃璃高温高温（3）水泥：以黏土和石灰石为主要原料）水泥：以黏土和石灰石为主要原料水水 泥泥原料原料：黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏设备设备：水泥回转窑水泥回转窑条件条件：煅烧煅烧主要成份主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙（4）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）硅钢：导磁性良好，硅钢：导磁性良好， 用作变压器铁芯用作变压器铁芯硅橡胶硅橡胶分子筛：具有均匀

15、微孔结构分子筛：具有均匀微孔结构 的铝硅酸盐的铝硅酸盐生物陶瓷：人造骨生物陶瓷：人造骨1 、硅的原子结构硅的原子结构硅和碳一样硅和碳一样,其原子既不其原子既不易失去又不易得到电子易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物主要形成四价的化合物.三三、硅硅 +142 8 4Si2 4+6C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和许多硅是构成岩石和许多矿物的主要元素矿物的主要元素2 2、硅的性质硅的性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灰黑色、有金属光泽、熔点、沸点、有金属光泽、熔点、沸点都很高，硬度大的固体。都很高，硬度大的固体。导电性

16、介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。物理性质物理性质化学性质：常温下硅单质不活泼化学性质：常温下硅单质不活泼1 1）、与氟气反应：）、与氟气反应：2 2）、与氢氟酸反应：）、与氢氟酸反应：3 3）、与强碱溶液反应：）、与强碱溶液反应：4 4）、与氯气反应：）、与氯气反应：5 5）、与氧气反应）、与氧气反应Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2（1）制粗硅）制粗硅 SiO2 + 2C = Si + 2CO（2）粗硅提纯）粗硅提纯 Si + 2Cl2= SiCl4 SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl3. 硅的工业制法硅的工业制法 教材（教材（P81-9）高温高温 制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金 半导体晶体管及芯片的出现, ,促进了信息技术革命4. 4. 硅的用途硅元素硅元素单质硅单质硅Si + F2Si