第一節(jié)_非金屬材料主角——硅

1、第四章第四章 非金屬及其化合物非金屬及其化合物第一節(jié)第一節(jié) 無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅元素在地殼中的含量12345678910氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16%其他其他1.20%硅在地殼中含量第二，硅的氧化物硅在地殼中含量第二，硅的氧化物及硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的及硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上以上硅的存在與分布：硅的存在與分布：沒有游離態(tài)，只有化沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)合態(tài)( (因為它是親氧元素）；自然界中分因為它是親氧元素）；自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素布廣泛，是構(gòu)成礦物

2、和巖石的基本元素。從原子結(jié)構(gòu)認識從原子結(jié)構(gòu)認識硅硅硅和碳一樣硅和碳一樣,其原子其原子既不易失去電子，不既不易失去電子，不易得到電子，易得到電子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑主要形成主要形成四價化合物四價化合物例如例如SiO2和和H2SiO3。CSi碳碳是構(gòu)成有機物是構(gòu)成有機物的主要元素的主要元素硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素多礦物的主要元素從原子結(jié)構(gòu)認識從原子結(jié)構(gòu)認識硅硅天天然然的的 SiO2 硅硅石石結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無定形無定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸1 1、二氧化硅、二氧化硅（ SiO2 ）(1)

3、存在存在 SiO SiO2 2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上加上SiOSiO2 2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著。地應(yīng)用著。光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維石英坩堝石英坩堝玻璃儀器玻璃儀器精美瓷器精美瓷器現(xiàn)代通信用光纜現(xiàn)代通信用光纜光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做無開刀手術(shù)無開刀手術(shù)光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :四面體四面體 每每1個個Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合4個個O原子，原子，Si在中心在中心,O在四在四個頂角個頂角. 同時每同時每1個個O原子周圍結(jié)原子

4、周圍結(jié)合合2個個Si原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。 二氧化硅中氧原子與硅二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為原子個數(shù)比為2：1,通常用通常用SiO2來表示二氧化硅的組來表示二氧化硅的組成成.科學(xué)視野SiO2晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu): :立體網(wǎng)狀立體網(wǎng)狀科學(xué)視野水晶水晶瑪瑙瑪瑙由圖片思考由圖片思考: :二氧化硅具有哪些物理性二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)質(zhì)? ?化學(xué)穩(wěn)定性如何化學(xué)穩(wěn)定性如何? ?你的根據(jù)是什么你的根據(jù)是什么? ?SiO2的這些性質(zhì)是由什么決定的？的這些性質(zhì)是由什么決定的？（有粘性）有粘性）實驗室盛裝實驗室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶為什溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？么用橡膠塞而不用玻璃塞？

5、 NaOH溶液能與玻璃中溶液能與玻璃中的的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝開。因此盛裝NaOH溶液溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞或軟木塞要用橡膠塞或軟木塞。想一想想一想氫氟酸氫氟酸想一想想一想實驗室為什么不用實驗室為什么不用玻璃瓶玻璃瓶盛裝氫氟酸？盛裝氫氟酸？HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。SiOSiO2 + 2C + 2CSiO2 + 2Mg高溫高溫高溫高溫3、在高溫下能與還原劑反應(yīng)、在高溫下能與還原劑反應(yīng)Si +

6、 2COSi+ 2MgO可利用這個反應(yīng)制可利用這個反應(yīng)制粗硅粗硅思考：思考：在這兩個反應(yīng)中二氧在這兩個反應(yīng)中二氧 化硅作什么作用？化硅作什么作用？CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不不 能能SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 能與氫氟酸反應(yīng)能與氫氟酸反應(yīng)CO2H2OH2CO3 但是但是SiO2不能與水直接化合成不能與水直接化合成H2SiO3 思考思考：SiOSiO2 2不能直接和水化合成不能直接和水化合成H H2 2SiOSiO3 3，那，那怎樣制備怎樣制備H H2 2SiOSiO3 3呢

7、？呢？ (二二)、 硅酸（硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的對應(yīng)水化物的對應(yīng)水化物， SiO2 是是H2SiO3的酸酐。一的酸酐。一種很弱的酸種很弱的酸(酸性比酸性比H2CO3還弱還弱)，一種不溶于水的白色，一種不溶于水的白色固體。固體。（1）制法）制法由于由于SiO2不溶于水，所以硅不溶于水，所以硅酸是通過酸是通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得的。制得的。實驗實驗4-1滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生 a. Na2SiO3溶液呈堿性，溶液

8、呈堿性， b. 可溶性硅酸鹽與鹽可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，c. 先形成硅酸溶膠，先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠，后形成硅酸凝膠，d. 靜置則形成硅酸沉淀。靜置則形成硅酸沉淀。Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3SiO32- + 2H+ = H2SiO3離子方程式：離子方程式：（2）硅酸化學(xué)性質(zhì)）硅酸化學(xué)性質(zhì) 與強堿發(fā)生中和反應(yīng)與強堿發(fā)生中和反應(yīng) H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O 不穩(wěn)定（比不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解穩(wěn)定），受熱易分解 用用H2CO3也可制得也可制得H2SiO3 ，可證明

9、，可證明H2SiO3 的酸的酸性比性比H2CO3弱。弱。SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3H2SiO3 = H2O + SiO22要除去SiO2中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是 A. 純堿溶液 B. 鹽酸 C. 硫酸 D. 苛性鈉溶液3下列反應(yīng)能說明二氧化硅是酸性氧化物的是 ASiO2 +2C=Si+2CO BSiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2O CSiO2 +4HF=SiF4+2H2O DSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO24下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來盛裝的是

10、A. 燒堿溶液 B. 濃硫酸 C. HF氫氟酸 D. 碳酸鈉溶液BBC1. 將過量的CO2分別通入： CaCl2溶液； Na2SiO3溶液； Ca(OH)2溶液； 飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是 ( ) A B C DB二、硅酸鹽二、硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水。2.硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱其水溶液俗稱水玻璃水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料是制備硅膠和木材防火劑等的原料。1.是由是由硅、氧和金屬硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。3.硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)（1）有很強的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。）有很

11、強的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。（2）硅酸鹽易于酸反應(yīng)）硅酸鹽易于酸反應(yīng) Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 實驗4-2（硅酸鈉的耐熱性）當(dāng)水分蒸當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒發(fā)后燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒不易燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防制備木材防火劑的原料火劑的原料4 4、硅酸鹽組成表示、硅酸鹽組成表示順序：順序：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化較活潑金屬氧化物物 SiOSiO2 2 H H2 2O O化合價低的金屬氧化物放在前面。化合價低的金

12、屬氧化物放在前面。（1）保持原有各元素化合價不變，按順序?qū)懗觯┍３衷懈髟鼗蟽r不變，按順序?qū)懗龈鞣N元素的氧化物各種元素的氧化物如：如：硅酸鈉（硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3) )NaNa2 2O O SiOSiO2 2 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）2MgO 2MgO SiOSiO2 2（）除氧元素外，其他元素的原子個（）除氧元素外，其他元素的原子個數(shù)比符合原來的組成，配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時數(shù)比符合原來的組成，配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)。應(yīng)化為整數(shù)。鈣沸石鈣沸石Ca(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010) ) 3H3H2 2O OCaO CaO AlAl2 2O O3 3

13、 3SiO3SiO2 23H3H2 2O O石棉石棉CaMg3Si4O12長石KAlSi3O8練習(xí)練習(xí)無機非無機非金屬材金屬材料料硅酸硅酸鹽鹽產(chǎn)產(chǎn)品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃陶瓷：原料陶瓷：原料黏土黏土玻璃：原料玻璃：原料純堿、石灰石和石英；純堿、石灰石和石英；水泥：原料水泥：原料黏土和石灰石；加適量黏土和石灰石；加適量石膏；石膏；5.用途用途陶瓷陶瓷日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: : 以純堿以純堿 、石灰石和、石灰石和石英石英 為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得。璃窯中熔融制得。 (Na2CO3)（SiO2

14、）水泥水泥以黏土和石灰石為主要原料以黏土和石灰石為主要原料具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì)1.1.碳化硅（碳化硅（SiCSiC俗稱金剛砂），具有金剛俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。的磨料。2.2. 硅硅 鋼鋼 高導(dǎo)磁高導(dǎo)磁性性 用作變用作變壓器鐵芯壓器鐵芯4.4.分子篩分子篩吸附劑、催化劑吸附劑、催化劑 具有均勻具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽鋁硅酸鹽3.硅橡膠硅橡膠良好的彈性良好的彈性新型無機非金屬材料：新型無機非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷

15、、超導(dǎo)陶瓷等生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨三、硅單質(zhì)三、硅單質(zhì) 1.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：（1）存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種（自）存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種（自然界中沒有游離態(tài)的硅）。然界中沒有游離態(tài)的硅）。（2）有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類似于）有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點金剛石，熔點(1410)和沸點都很高，硬度大。和沸點都很高，硬度大。（3）導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。）導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2、化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)-形成共價化合物，化學(xué)性質(zhì)不活潑形成共價化合物，化學(xué)性質(zhì)不活潑(1)常溫下，不能與強酸、強氧化性酸反應(yīng)，只能與常溫下，不能與強酸、強氧化性酸反應(yīng)，只

16、能與氟氣、氫氟酸和燒堿等物質(zhì)反應(yīng)。氟氣、氫氟酸和燒堿等物質(zhì)反應(yīng)。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)加熱條件下，能跟一些非金屬單質(zhì)起反應(yīng)加熱條件下，能跟一些非金屬單質(zhì)起反應(yīng)Si+O2=SiO2 Si+2H2=SiH4高溫高溫3 3、制法、制法SiO2 + 2C = Si + 2CO（制取粗硅）（制取粗硅）高溫高溫5.5.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間, ,是良是良好的好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅太陽能電池硅太陽能電池電腦的中央處

17、理器（電腦的中央處理器（CPU）一、選擇題（每小題有一、選擇題（每小題有12個選項符合題意）個選項符合題意）1下列說法中正確的是（）。下列說法中正確的是（）。ASiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸是酸性氧化物，不溶于任何酸B水玻璃在空氣中存放易變質(zhì)水玻璃在空氣中存放易變質(zhì)C高溫時高溫時SiO2與與Na2CO3反應(yīng)放出反應(yīng)放出CO2，所以硅酸比碳酸酸性強所以硅酸比碳酸酸性強D在硅酸鈉溶液中加入氯化銨溶液產(chǎn)生沉在硅酸鈉溶液中加入氯化銨溶液產(chǎn)生沉淀淀BD2 2下列物質(zhì)中，不跟燒堿溶液反應(yīng)的是（下列物質(zhì)中，不跟燒堿溶液反應(yīng)的是（ ）A.A.二氧化硅二氧化硅 B. B.二氧化碳二氧化碳 C. C. 硅硅

18、D D石墨石墨3 3常溫下，能跟硅反應(yīng)的物質(zhì)是（）。常溫下，能跟硅反應(yīng)的物質(zhì)是（）。A.A.燒堿溶液燒堿溶液 B. B.濃硫酸濃硫酸 C. C.濃硝酸濃硝酸 D. D.氫氟酸氫氟酸4 4下列含氧酸的酸酐中，不能由單質(zhì)和氧氣下列含氧酸的酸酐中，不能由單質(zhì)和氧氣直接反應(yīng)得到的是（）。直接反應(yīng)得到的是（）。A.HA.H2 2SOSO4 4 B.H B.H2 2COCO3 3 C.H C.H2 2SiOSiO3 3 D.H D.H2 2SOSO3 3DADA5 5單質(zhì)單質(zhì)A A溶于強堿液，溶于強堿液，A A燃燒生成某高熔點的氧化燃燒生成某高熔點的氧化物物B B，B B也不溶于強酸而能與強堿反應(yīng)。也不溶于強酸而能與強堿反應(yīng)。B B與純堿與純堿在高溫下反應(yīng)能生成在高溫下反應(yīng)能生成C C和氣體和氣體D D，氣體，氣體D D通入通入C C溶液溶液可得白色沉淀可得白色沉淀E E，E E放在干燥空氣中易