高一化學(xué)第四章第一節(jié) 無機非金屬材料的主角

1、 硅硅硅在地殼中含量第二，硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成的硅在地殼中含量第二，硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成的巖石、巖石、 沙子和土壤，約占地殼的沙子和土壤，約占地殼的9090以上。以上。從原子角度認識硅原子從原子角度認識硅原子既不易失去電子，也不易得到電子，主要既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價化合物形成四價化合物CSi1在地殼中的含量僅次于 ，居于第 位；2在自然界中沒有 態(tài)的硅，只有以 態(tài)存在的硅。如 、 等；3化合態(tài)的硅廣泛存在于地殼的各種 和 里，是構(gòu)成 和 的主要成分?；匣隙趸瓒趸韫杷猁}硅酸鹽礦物礦物巖石巖石礦物礦物巖石巖石二二氧氧游離游離巖石巖石沙灘沙灘土壤土壤硅酸鹽硅酸鹽

2、二氧化硅二氧化硅Si（ SiO2 ）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天然的天然的SiOSiO2 2稱為稱為硅石硅石硅石硅石無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇烊凰烊凰ё纤ё纤N薇石英薔薇石英茶晶茶晶黃水晶黃水晶天然瑪瑙天然瑪瑙 純凈硅藻土純凈硅藻土硅藻土硅藻土濾芯濾芯硅藻土催化劑載體硅藻土催化劑載體 本質(zhì)上是含水的無定本質(zhì)上是含水的無定形二氧化硅形二氧化硅，優(yōu)質(zhì)的天然硅藻，優(yōu)質(zhì)的天然硅藻土土SiOSiO2 2含量一般在含量一般在70%70%以上。以上。硅藻土具有良好的化學(xué)惰性、硅藻土具有良好的化學(xué)惰性、合適的比表面、良

3、好的孔隙率合適的比表面、良好的孔隙率以及耐磨、耐酸、耐熱等特性以及耐磨、耐酸、耐熱等特性四面體四面體 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在四個頂角在四個頂角. 金剛石的結(jié)構(gòu)金剛石的結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu) 二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu) 看到這樣兩張圖片，你能產(chǎn)生哪些聯(lián)想？SiO二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)單元基本結(jié)構(gòu)單元SiO2晶體的基本結(jié)構(gòu)單元呈晶體的基本結(jié)構(gòu)單元呈 形，每個形，每個Si原子周圍原子周圍結(jié)合結(jié)合 個個O，每個，每個O原子跟原子跟 個個Si相結(jié)合，相結(jié)合，Si與與O原子原子按按 的比例組成的比例組成 的晶體。的晶體。四面體四面體421：

4、2立體網(wǎng)狀立體網(wǎng)狀用用SiOSiO2 2來表示二氧化硅的組成來表示二氧化硅的組成, ,表示表示O O與與SiSi的原子個數(shù)比的原子個數(shù)比, ,不是分子式是化學(xué)式，晶體中不存在單個不是分子式是化學(xué)式，晶體中不存在單個SiOSiO2 2分子。分子。3.應(yīng)用應(yīng)用SiO2的的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定它具決定它具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，加上有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著水晶制品水晶制品瑪瑙制品瑪瑙制品飾飾品品4.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： .根據(jù)根據(jù)SiOSiO2 2的存在和應(yīng)用，請你分析以下問題：的存在和應(yīng)

5、用，請你分析以下問題：SiOSiO2 2具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)穩(wěn)定性如何？具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)穩(wěn)定性如何？化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： .硬度大，熔沸點高，不溶于水硬度大，熔沸點高，不溶于水通常很穩(wěn)定通常很穩(wěn)定【 討論討論 】為什么實驗室中盛放堿液的試為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？( (玻璃中含玻璃中含有有SiOSiO2 2) )二氧化硅是堅硬、難熔的固體，二氧化硅是堅硬、難熔的固體，不不溶于水，溶于水，不導(dǎo)電不導(dǎo)電，純凈純凈的二氧化硅晶體的二氧化硅晶體無色透明無色透明。 = 是是 性氧化物性氧化物不能與水反應(yīng)不能與水反應(yīng)注意：保存堿性試劑只能用橡皮塞

6、，酸性試劑用玻璃塞注意：保存堿性試劑只能用橡皮塞，酸性試劑用玻璃塞俗稱水玻璃，俗稱水玻璃，我是粘結(jié)劑我是粘結(jié)劑哦哦酸酸與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)不與水反應(yīng)不與水反應(yīng)與酸只與與酸只與HF反應(yīng)（特性）反應(yīng)（特性）（唯一與（唯一與SiO2反應(yīng)的酸）反應(yīng)的酸）SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O此反應(yīng)可用于工此反應(yīng)可用于工藝上雕刻玻璃，藝上雕刻玻璃，保存氫氟酸只能保存氫氟酸只能用塑料瓶用塑料瓶二氧化硅既能與氫二氧化硅既能與氫氧化鈉反應(yīng)又能與氧化鈉反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，能否氫氟酸反應(yīng)，能否說二氧化硅是兩性說二氧化硅是兩性氧化物？氧化物？在玻璃表面涂上一層石蠟在玻璃表面涂

7、上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟洗掉酸并去掉石蠟與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O只與氫氟酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)氣氣 態(tài)態(tài)固固 態(tài)態(tài)熔沸很低熔沸很低熔點高，硬度大熔點高，硬度大 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水人工降雨，滅火人工降雨，滅火,飲料等飲料等光纖等光纖等二氧化碳與二氧化硅比較二氧化碳與二氧化硅比較試劑試劑二氧化硅二氧化

8、硅氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液氫氟酸氫氟酸濃硫酸濃硫酸 試劑瓶試劑瓶細口磨口塞細口磨口塞廣口瓶廣口瓶細口塑料瓶細口塑料瓶細口橡皮塞細口橡皮塞 1 1、 實驗室有五種試劑，根據(jù)它們各自的實驗室有五種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，必須選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎牛堅趯?yīng)性質(zhì)，必須選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎牛堅趯?yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進行連線。的各種試劑瓶和所裝試劑之間進行連線。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.1.硅酸的制備硅酸的制備方案方案1：利用：利用SiO2與水反應(yīng)制取與水反應(yīng)制取方案方案2：強酸制弱酸：強酸制弱酸提示提示：酸性：酸性：HCIH2CO3H2SiO3發(fā)散思維：硅和碳同一主族，都為發(fā)散思維：硅和碳同一主族

9、，都為+4價，碳酸價，碳酸制取與硅酸制取應(yīng)有一定相似之處制取與硅酸制取應(yīng)有一定相似之處 Na2SiO3溶液呈溶液呈 性，性，硅酸是一種硅酸是一種 滴加酚酞試液后溶滴加酚酞試液后溶液呈液呈 色色,滴加稀滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)闊o色鹽酸后溶液變?yōu)闊o色,有有 結(jié)論結(jié)論實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象實驗操作實驗操作NaNa2SiOSiO3溶液與鹽酸和反應(yīng)的化學(xué)方程式：溶液與鹽酸和反應(yīng)的化學(xué)方程式： ；紅紅堿堿白色的膠狀沉淀生成白色的膠狀沉淀生成Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl不溶于水的白不溶于水的白色固體色固體1.1.硅酸的制備硅酸的制備1.制備制備Na2SiO3 + 2HCl=H2SiO3 +

10、NaCl2.物理性質(zhì)物理性質(zhì)白色的不溶于水的固體白色的不溶于水的固體3.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)極弱酸性，比碳酸還弱，不能使指示劑變色極弱酸性，比碳酸還弱，不能使指示劑變色不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性 H2SiO3 SiO2 +H2O NaNa2SiOSiO3溶液與溶液與COCO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：反應(yīng)的化學(xué)方程式：酸性酸性: :碳酸比硅酸碳酸比硅酸強強Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3Na2SiO3與酸反應(yīng)時生成的硅酸逐漸聚合而形成與酸反應(yīng)時生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠硅酸溶膠（能流動）（能流動），當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形，當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸成硅酸凝膠（不能流動）凝

11、膠（不能流動），硅酸凝膠經(jīng)過，硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就干燥脫水就形成硅膠形成硅膠。.硅膠的用途：硅膠的用途：干燥劑（吸水），干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），吸附劑（多孔），催化劑的載體。催化劑的載體。1硅酸鹽及其性質(zhì)硅酸鹽及其性質(zhì)硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所對應(yīng)的鹽統(tǒng)稱硅酸鹽。(1)化學(xué)式表示法化學(xué)式表示法，如：硅酸鈉：Na2SiO3、硅酸鈣：CaSiO3，此法用于組成簡單的硅酸鹽。(2)氧化物表示法氧化物表示法，硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用氧化物的形式來表示組成。其表示方式：例如，硅酸鈉：Na2SiO3Na2OSiO2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4Al2O

12、32SiO22H2O?；顫娊饘傺趸锘顫娊饘傺趸镙^活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅二氧化硅水水1氧化物的排列順序活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水2氧化物之間以“”隔開。3氧化物前的化學(xué)計量數(shù)配置原則：各元素原子總個數(shù)比符合原來的組成。4化學(xué)計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成 Na2O Al2O33SiO2，應(yīng)寫成Na2OAl2O36SiO2。5各元素化合價保持不變。6變價元素按“先低價后高價”的規(guī)律書寫。2121例題：例題：“911”事件發(fā)生后，美國世貿(mào)大廈轟然倒下。在清理廢墟中，人們發(fā)現(xiàn)有很多石棉。石棉是一種具有壓伸強度大、柔韌性強、耐熱、耐

13、火焰、耐酸和堿腐蝕，而且價格低廉的硅酸鹽。石棉有毒，能使人患肺癌。(1)有一種石棉礦叫做青石棉，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8H2O24，寫成氧化物形式的化學(xué)式為_。(2)三硅酸鎂是一種胃病患者常用的制酸劑，試寫出三硅酸鎂(Mg2Si3O8nH2O)中和胃酸(主要成分為鹽酸)的化學(xué)反應(yīng)方程式_。(3)生產(chǎn)玻璃的原料之一是正長石KAlSi3Ox，x是_，以氧化物形式表示為_。NaNa2 2O3FeOFeO3FeOFe2 2O O3 38SiO8SiO2 2HH2 2O O。Mg2Si3O8nH2O4HCl=2MgCl23SiO2(n2)H2OK2OAl2O36SiO28名名 稱：硅酸鈉。稱：硅酸鈉

14、。分子式：分子式：Na2SiO3性性 質(zhì)：白色晶體，可溶質(zhì)：白色晶體，可溶 于水，其水溶液于水，其水溶液 俗稱俗稱“水玻璃水玻璃” 和和“泡花堿泡花堿”用用 途：是制造硅膠和木途：是制造硅膠和木 材防火劑等的原材防火劑等的原 料。料。實驗實驗4-2（P77）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用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火材或織物可防火用水浸泡過的木用水浸泡過的木材或織物可燃燒材或織物可燃燒制備木材防制備木材防火劑的原料火劑的原料(1)Na2SiO3是極少數(shù)可溶于水的硅酸鹽的一種，其他可溶性的硅酸鹽還有 。(2)Na2SiO3的水溶液俗稱

15、 ，是建筑業(yè)中常用的一種 ，也是一種礦物膠；用水玻璃浸泡過的木材、紡織品既 又 。(3)Na2SiO3溶液呈堿性，易吸收空氣中的CO2，化學(xué)方程式 ，因此Na2SiO3溶液要 保存。K2SiO3水玻璃水玻璃耐腐蝕耐腐蝕不易著火不易著火密封密封黏合劑黏合劑H2O=Na2CO3H2SiO3Na2SiO3CO2鋯石（鋯石（ZrO2.SiO2)紅柱石紅柱石(Al2O3.SiO2)石榴子石石榴子石(3CaO.Al2O3.3SiO2)橄欖石橄欖石(2MgO.SiO2)常見的硅酸鹽常見的硅酸鹽 三大硅酸鹽產(chǎn)品：陶瓷、水泥、玻璃三大硅酸鹽產(chǎn)品：陶瓷、水泥、玻璃t硅酸鹽很早就為我們的生活造福了！中國古代出中國古

16、代出土的陶器土的陶器古老的建筑離不古老的建筑離不開陶瓷磚瓦開陶瓷磚瓦CHINA陶瓷陶瓷白如玉、薄如紙、明如鏡、聲如磬白如玉、薄如紙、明如鏡、聲如磬日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具陶器的制作工序陶器的制作工序氮化硅陶瓷制品氮化硅陶瓷制品新型陶瓷制成的人造骨新型陶瓷制成的人造骨玻璃讓我們的生活變得更加明亮和璀璨玻璃的制作工序玻璃的制作工序變色玻璃變色玻璃鋼鋼化化玻玻璃璃光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃防火防彈玻璃防火防彈玻璃現(xiàn)代建筑業(yè)的寵兒水泥水泥的制造工序水泥的制造工序雄偉的體育館雄偉的體育館 三峽工程三峽工程世貿(mào)大廈世貿(mào)大廈黏土、石灰石黏土、石灰石石灰石、純堿、石英石灰石、純堿、石英黏

17、土黏土水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐玻璃熔爐陶瓷窯陶瓷窯高溫高溫硅單質(zhì)直至19世紀才誕生1823年年 瑞典貝采利烏斯瑞典貝采利烏斯（Jons Jacob Berzelius）用金屬鉀還原四氟化硅制得用金屬鉀還原四氟化硅制得單質(zhì)硅單質(zhì)硅 。四、硅單質(zhì)四、硅單質(zhì)1、存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種。、存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種。2、物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點熔點(1410)和沸點都很高，硬度大。和沸點都很高，硬度大。3、化學(xué)、化學(xué)性質(zhì)：性質(zhì)：常溫下硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不活潑常溫下硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不活潑導(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。Si + O2 = SiO2-1-在高溫條件下，單質(zhì)硅能與在高溫條件下，單質(zhì)硅能與O2和和Cl2等非金屬等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。單質(zhì)反應(yīng)。常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和和 NaOH溶液反應(yīng)。溶液反應(yīng)。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2SiO2 SiO24、制法、制法SiO2 + 2C = Si + 2CO高溫高溫硅的工業(yè)制法 價值價值5元的沙子元的沙