无机非金属材料的主角——硅.ppt

1、第四章,非金属及其化合物,无机非金属材料的主角硅,二氧化硅和硅酸,我们生存的地球，组成它坚硬的地壳的物质有哪些？,岩石、沙子、土壤的主要成分是硅的氧化物及硅酸盐。,岩石、沙子、土壤,一、硅在地壳中的含量,2.自然界硅元素主要存在于:岩石、沙子和土壤,1.地壳中的含量:仅次于氧，排在第二位.,硅在元素周期表中的位置,研究硅元素 可别忘了我,碳和硅的比较,最外层电子数都是4个电子，原子既不容易失电子也不容易得到电子.主要形成四价 (+4价)的化合物。,碳是构成有机物 的主要元素,硅是构成岩石与许多矿物的主要元素,【思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同？,硅的存在状态,碳的存在形式：,3.自然界硅存

2、在的形态 :硅在自然界无单质状态 只有化合态：如硅的氧化物和硅酸盐,硅的存在形式：,因为硅的亲氧能力比碳更强，在自然界中总是与氧相互化合的，主要以SiO2及硅酸盐形式存在。,单质、氧化物（CO2）、碳酸盐,氧化物（SiO2）、硅酸盐,一、二氧化硅,无色透明,无定形 (硅藻土),结晶形（石英）,地球上存在的天然二氧化硅称为（统称为）硅石,硅石,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,存在形态 P74,沙子,结构 立体网状结构（了解，不要求）,一、二氧化硅（SiO2）,SiO4四面体结构,SiO2(化学式)立体网状结构决定了 具有优良的物理和化学性质,O,Si,可见Si、O个数比为,1：2,二氧化硅的用途,一

3、、二氧化硅,基本的建筑材料、装饰品、坩埚、光导纤维等,石英制品,玛瑙制品,光导纤维,水晶制品,物理性质（硬度、熔点、水溶性） 化学性质,一、二氧化硅,硬度大、熔点高、不溶于水,1.类别：,与强碱反应生成盐和水,与碱性氧化物反应生成盐,SiO2 + 2 NaOHNa2SiO3 (有粘性)+ H2O,酸性氧化物具有酸性氧化物的通性,一、二氧化硅,此反应常用于雕刻玻璃,2.特性与氢氟酸HF反应,SiO2 +4HFSiF4 + 2H2O,思考： SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应, 能否推断SiO2为两性氧化物？,SiO2 + 2C,3.在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性,Si + 2CO,Si

4、O2虽然能与HF发生反应，但是生成的氟化硅 不是盐，而且HF是唯一能与之发生反应的酸， 所以二氧化硅不属于两性氧化物,思考与交流 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ 实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,一、二氧化硅,HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成粘性的Na2SiO3，使瓶塞与瓶口粘合无法打开。,【小结】二氧化硅的性质,与水反应,与碱性氧化物反应,与碱反应,CO2 + H2O = H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+CaO=CaCO3,不 能,能与强碱反应,能与氢氟酸反应,

5、高温,SiO2 CaO = CaSiO3,练习,下列叙述正确的是（ ） A.自然界中，硅主要以有游离态的形式存在 B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅 C.二氧化硅的化学性质活泼，能跟强酸或强碱的溶液发生化学反应 D.自然界中的二氧化硅都存在于石英中 在一定条件下，焦炭水氧化钙氢氟酸盐酸氢氧化钾氯化亚铁氮气，不能和二氧化硅反应的是（ ） A. B. C. D.,B,B,无机非金属材料的主角硅,硅酸、硅酸盐,二、硅酸（H2SiO3）,物理性质 制备,提示： CO2H2OH2CO3 ，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。,利用可溶性的硅酸盐 & 比硅酸强的酸反应制得,H2SiO3在水

6、中溶解度很小，是一种不溶性酸，是一种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。,二、硅酸（H2SiO3）,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,a.Na2SiO3溶液呈碱性， b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d.静置则形成硅酸沉淀。,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 ,SiO32- + 2H+ =H2SiO3 ,离子方程式,二、硅酸（H2SiO3）,活动与探究：,硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，请设计实验证明。,把CO2通入Na2SiO3溶液中，观察发生的现象？,提示：,用H2CO3

7、可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,化学性质,二、硅酸（H2SiO3）,（1）酸性太弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,（2）不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,（双选）下列有关硅酸的说法正确的是（ ） A.硅酸受热易分解生成二氧化硅和水 B.可用硅酸钠溶液与硫酸反应制备硅酸 C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应 D.硅胶有毒，不能用于食品干燥,二

8、、硅酸（H2SiO3）,AB,Thank You!,无机非金属材料的主角硅,硅酸盐,定义 性质 组成表示（复杂硅酸盐）,一、硅酸盐,硅酸盐是由硅、氧、金属组成的化合物的总称,大多数不溶于水，化学性质稳定,Na2SiO3 Na2OSiO2Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O,金属氧化物写在前面,再写SiO2 ,最后写H2O； 氧化物之间用“”隔开。,要领：两边原子个数守恒格式：金属氧化物 二氧化硅 水 (系数出现分数应化为整数),2) 硅酸盐的氧化物法,P77 资料卡片,练习：把下列式子改写成氧化物的形式1. 蛇纹石:H4Mg3Si2O9 2. 钙长石:CaAl2SiO6

9、 3. 石棉:CaMg3Si4O12 4. 长石:KAlSi3O8 5. 普通玻璃:CaNa2Si6O14 6. 黏土:Al2(Si2O5)(OH)4,3MgO2SiO22H2O,CaO Al2O3 SiO2,CaO3MgO4SiO2,K2O Al2O3 6SiO2,Na2OCaO6SiO2,Al2O32SiO22H2O,1、硅酸钠（Na2SiO3）,硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,实验4-2,当水分蒸发后燃烧,当水分蒸发后不易燃烧,用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火,化学性质,1、硅酸钠（Na2SiO3）,与盐反应,与酸反应,Na2SiO3 +

10、 2HCl =2NaCl + H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,思考：硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？,2、用途,以黏土为原料,陶瓷,2、用途,玻璃,2、用途,水泥,以黏土和石灰石为主要原料,具有特殊功能的含硅物质,硅钢 （铁合金） 导磁性良 好，用作 变压器铁 芯,碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。 硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。,人造骨,生物陶瓷,具有特殊功能的含硅物质,二、硅单质,灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是重要的半导体材料。,硅单质是从它的氧化物中提取出来的，主要化学反应如下： 2C(焦炭)+SiO2(石英砂)=

11、Si(粗硅)+2CO 粗硅转变为纯硅（常用方法）： Si(粗)+2Cl2 = SiCl4； SiCl4+2H2 = Si(纯)+4HCl,高温,高温,二、硅单质,制备,P81 9,根据以上反应，回答下列问题： （1）在制取粗硅的反应中，焦炭的作用是_。 （2）在由粗硅制取纯硅的反应中，反应属于_反应（填四种基本反应类型）；反应属于_ 反应（填四种基本反应类型）；H2的作用是_。,二、硅单质,还原剂,氧化还原/化合,氧化还原/置换,还原剂,二、硅单质,化学性质（了解）,SiO2 SiO2,在高温条件下,单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。,常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH 溶液反应。,Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2,Si2NaOHH2ONa2SiO32H2,练习,有下列物品或设备：陶瓷餐具砖瓦 水泥路桥门窗玻璃水晶镜片石英钟表 玛瑙手镯硅太阳能电池石英光导纤维 计算机芯片 （1）用到硅单质的是_ （2）所用材料为Si