第一節(jié)無機非金屬材料的主角-硅2

1、第四章第四章 非金屬及及其化合物非金屬及及其化合物(2(2課時課時) )制作制作: :李小明老師李小明老師/2010.01/2010.011.1.硅原子與碳原子結(jié)構(gòu)相似硅原子與碳原子結(jié)構(gòu)相似. . 硅的原子結(jié)構(gòu)與存在硅的原子結(jié)構(gòu)與存在 相似點相似點: :硅和碳原子最外層均為硅和碳原子最外層均為4 4個電子個電子, ,既不易得電既不易得電子也不易失電子子也不易失電子. .很難形成離子很難形成離子. .最高正價為最高正價為+4+4價價. .不同點不同點: :碳原子半徑比硅原子半徑小碳原子半徑比硅原子半徑小. .SiSi+142 8 4C C+62 42.2.存在存在. .硅在地殼中含量為硅在地殼中

2、含量為26.3%,26.3%,僅次于氧僅次于氧. .碳是構(gòu)成有機物的主要元素碳是構(gòu)成有機物的主要元素; ;硅是構(gòu)成巖石和許多硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的基本元素礦物的基本元素, ,主要以氧化物和桂酸鹽的形式存在主要以氧化物和桂酸鹽的形式存在. .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 只有化合態(tài)只有化合態(tài) 二氧化硅和硅酸鹽二氧化硅和硅酸鹽自然界碳元素的存在自然界碳元素的存在 化合態(tài)和游離態(tài)化合態(tài)和游離態(tài)1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (教材教材74-7

3、574-75頁頁) )水晶水晶10928約約180SiOSiOSiO2 2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)SiOSiO2 2晶體有多種晶型晶體有多種晶型硅石硅石(12%)(12%)結(jié)晶形：石英結(jié)晶形：石英無定形無定形水晶水晶瑪瑙瑪瑙水晶水晶石英晶體是結(jié)晶的石英晶體是結(jié)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: :無色透明的石英晶體無色透明的石英晶體瑪瑙瑪瑙: :具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙沙子中含有小粒的石英晶體沙子中含有小粒的石英晶體. .水晶水晶瑪瑪 瑙瑙瑪瑙瑪瑙3.3.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì): : 純凈的

4、二氧化硅是無色透明的純凈的二氧化硅是無色透明的, ,硬度大、熔點高、不溶于水硬度大、熔點高、不溶于水很穩(wěn)定很穩(wěn)定2.2.物理性質(zhì)物理性質(zhì)二氧化硅是酸性氧化物二氧化硅是酸性氧化物,能與堿性氧化物、強堿等反應(yīng)能與堿性氧化物、強堿等反應(yīng)難溶于水，不與水反應(yīng)難溶于水，不與水反應(yīng)不與酸反應(yīng)（氫氟酸除外）不與酸反應(yīng)（氫氟酸除外） SiOSiO2 2 + 2 NaOH + 2 NaOHNaNa2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O O是酸性氧化物是酸性氧化物SiOSiO2 2 + CaO CaSiO + CaO CaSiO3 3 高溫高溫 SiOSiO2 2 +4HF +4HFSiFSiF4 4

5、+ 2H + 2H2 2O O4.4.用途用途沙子為基本的建筑材料、裝飾品、坩堝、沙子為基本的建筑材料、裝飾品、坩堝、光導(dǎo)纖維等光導(dǎo)纖維等5.CO5.CO2 2與與SiOSiO2 2二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化碳二氧化碳COCO2 2二氧化硅二氧化硅SiOSiO2 2物質(zhì)分類物質(zhì)分類 與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)與堿性氧化與堿性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與水反應(yīng)均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反應(yīng)不反應(yīng)

6、SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O不反應(yīng)不反應(yīng)思考與交流思考與交流1 1、為什么實驗室中、為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶盛放堿液的試劑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、實驗室能否用玻、實驗室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？璃瓶保存氫氟酸？ 防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO2 2與與NaOHNaOH溶液反應(yīng)生成粘性的溶液反應(yīng)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.物理性質(zhì)物理性質(zhì):不溶于水不溶于水，是一種，是一種白

7、色粉末白色粉末狀的固體。狀的固體。2.2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì): :硅酸是一種硅酸是一種弱酸（比碳酸弱）弱酸（比碳酸弱），不能使指示劑變色不能使指示劑變色. .2NaOH+H2NaOH+H2 2SiOSiO3 3=Na=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O O3.3.制備制備利用可溶性的硅酸鹽一比硅酸強的酸反應(yīng)制得利用可溶性的硅酸鹽一比硅酸強的酸反應(yīng)制得. . NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3( (膠體）膠體） 實驗實驗4-14-1向飽和向飽和NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴

8、入稀鹽酸再滴入稀鹽酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈紅色紅色NaNa2 2SiOSiO3 3呈堿性呈堿性NaNa2 2SiOSiO3 3 +2HCl +2HCl H H2 2SiOSiO3 3 ( (膠體）膠體）+ + 2NaCl2NaCl實驗探究：實驗探究：滴入鹽酸有硅酸凝膠產(chǎn)生滴入鹽酸有硅酸凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水硅酸難溶于水 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為為“硅膠硅膠”。 “硅膠硅膠”可做干燥劑或催化劑的載體可做干燥劑或催化劑的載體活動與探究：活動與探究： 硅酸是一種硅酸是一種比碳酸還要弱比碳酸還要弱的

9、的酸，請設(shè)計實驗證明。酸，請設(shè)計實驗證明。 把把COCO2 2通入通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中，觀察溶液中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象？發(fā)生的現(xiàn)象？提示：提示：1. 1. 下列說法正確的是（）下列說法正確的是（）A ASiOSiO2 2溶于水顯酸性溶于水顯酸性B BCOCO2 2通入水玻璃通入水玻璃( (硅酸鈉的水溶液）可硅酸鈉的水溶液）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晶體中不存在單個晶體中不存在單個SiOSiO2 2分子分子B DB D教學(xué)目的：教學(xué)目的：1.1.了解硅、硅酸鹽的主要性質(zhì)。了解硅、硅酸鹽

10、的主要性質(zhì)。2.2.了解幾種重要無機非金屬材料的生產(chǎn)及用途了解幾種重要無機非金屬材料的生產(chǎn)及用途. .3.3.了解晶體硅的重要用途。了解晶體硅的重要用途。教學(xué)重點：教學(xué)重點：硅和硅酸鹽的性質(zhì)。硅和硅酸鹽的性質(zhì)。1.1.物理性質(zhì)物理性質(zhì): :硅酸鈉硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗名泡花堿，俗名泡花堿, ,可溶可溶于水的固體于水的固體; ;其水溶液其水溶液 俗稱水玻璃，可制備硅膠和俗稱水玻璃，可制備硅膠和防火劑。防火劑。 實驗實驗4-24-2放入蒸餾水現(xiàn)象結(jié)論水份蒸發(fā)后燃燒放入Na2SiO3溶液水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后，失去防火作用防火效果好用作防火劑2.2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì): :

11、硅酸鈉溶液顯堿性硅酸鈉溶液顯堿性, ,與酸反應(yīng)制得硅酸膠體與酸反應(yīng)制得硅酸膠體. .1.1.硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧、金屬組成的化硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧、金屬組成的化合物的總稱，是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，合物的總稱，是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多數(shù)不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。大多數(shù)不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。2.2.硅酸鹽組成的表示硅酸鹽組成的表示: :通常用金屬氧化物和二氧化硅的通常用金屬氧化物和二氧化硅的組合形式表示其組成組合形式表示其組成. .硅酸鹽硅酸鹽化學(xué)式化學(xué)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長石長石KAlSiKAlSi3

12、 3O O8 8黏土黏土AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4硅酸鈉硅酸鈉NaNa2 2SiOSiO3 3CaOCaO3MgO4S3MgO4SiOiO2 2K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O ONaNa2 2O OSiSiO O2 23.3.硅酸鹽的豐富性和多樣性硅酸鹽的豐富性和多樣性( (教材教材77-77-7878頁頁).).4.4.硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品( (見教材見教材78-7978-79頁頁).).傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷: :黏土黏土陶瓷陶瓷高溫高溫普通玻璃普通

13、玻璃: :純堿、石灰純堿、石灰石、石英石、石英混合、混合、粉碎粉碎玻璃玻璃窯窯高溫高溫玻璃玻璃水泥水泥: :黏土、黏土、石灰石石灰石研磨、研磨、混合混合水泥回水泥回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)窯高溫高溫石膏石膏研細(xì)研細(xì)水泥水泥5.5.其他特殊的含硅物質(zhì)其他特殊的含硅物質(zhì)( (見教材見教材78-7978-79頁頁).).6.6.新型陶瓷新型陶瓷( (見教材見教材7979頁頁).). 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: Na2OCaO6SiO2 分子篩分子篩具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽 生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨1.物理性質(zhì):灰黑色、有

14、金屬光澤、硬而脆的固體。是重要的半導(dǎo)體材料。2.化學(xué)性質(zhì):（與碳相似）常溫下不與強酸、強氧化劑反應(yīng)，只能與常溫下不與強酸、強氧化劑反應(yīng)，只能與HFHF、F F2 2、NaOHNaOH等物質(zhì)反應(yīng)。等物質(zhì)反應(yīng)。 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 加熱條件下能與一些單質(zhì)反應(yīng)。加熱條件下能與一些單質(zhì)反應(yīng)。 Si+OSi+O2 2 = = SiOSiO2 2 Si+2H Si+2H2 2 = SiH= SiH

15、4 4 高溫高溫工業(yè)上，用焦工業(yè)上，用焦炭在高溫下還炭在高溫下還原石英砂可制原石英砂可制得粗硅，又能得粗硅，又能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到提純得到 SiClSiCl4 4后再用氫氣還后再用氫氣還原制得純硅：原制得純硅：3.3.硅的工業(yè)制備硅的工業(yè)制備硅單硅單質(zhì)質(zhì)SiO22CSi(粗粗)2CO Si(粗粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(純純)4HCl 硅作半導(dǎo)體材料晶體管、集成電路、硅整流硅作半導(dǎo)體材料晶體管、集成電路、硅整流器、太陽能電池。器、太陽能電池。制合金。含硅制合金。含硅4%4%的鋼有導(dǎo)磁性的鋼有導(dǎo)磁性- -變壓器鐵芯；變壓器鐵芯；含硅含硅15%15%的鋼有良好的耐酸

16、性。的鋼有良好的耐酸性。4.用途太陽能電池大規(guī)模集成電路 例題例題 例例11用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在在現(xiàn)代高科用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在在現(xiàn)代高科技中占有重要位置，足見化學(xué)對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重技中占有重要位置，足見化學(xué)對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如：要作用。例如：計算機芯片的主要成分是：計算機芯片的主要成分是：_光導(dǎo)纖維的主要成分是：光導(dǎo)纖維的主要成分是：_應(yīng)用最多的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是：應(yīng)用最多的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是：_常用做吸附劑、干燥劑或催化劑載體的是：常用做吸附劑、干燥劑或催化劑載體的是：_硅硅SiO2硅硅硅膠硅膠 例題例題 例例22礦泉水一般是由巖石風(fēng)化后

17、被地下水溶解其中可溶部分生成礦泉水一般是由巖石風(fēng)化后被地下水溶解其中可溶部分生成的的, ,此處所指的風(fēng)化作用是指礦物與水和此處所指的風(fēng)化作用是指礦物與水和COCO2 2同時作用的過程同時作用的過程. . 例如鉀長石例如鉀長石(KAlSi(KAlSi3 3O O8 8) )風(fēng)化生成高嶺土風(fēng)化生成高嶺土AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4,此反此反就的離子方程式為就的離子方程式為: : 2KAlSi2KAlSi3 3O O8 8+2H+2H2 2COCO3 3+9H+9H2 2O=2KO=2K+ +2HCO+2HCO3 3- -+4H+4H4 4SiOSiO4 4+ Al

18、+ Al2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4將上述復(fù)雜硅酸鹽改寫成氧化物的形式將上述復(fù)雜硅酸鹽改寫成氧化物的形式. . KAlSi KAlSi3 3O O8 8_ Al Al2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4_上述反應(yīng)能夠發(fā)生的原因上述反應(yīng)能夠發(fā)生的原因:_:_K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O較強的酸能制較弱的酸較強的酸能制較弱的酸 例例33NaNa2 2SiOSiO3 3溶液俗名為溶液俗名為:_:_它可以作肥皂的它可以作肥皂的 填料填料, ,木材木材_劑

19、及劑及_劑等劑等. . 在試管中加入在試管中加入3-5ml3-5ml飽和的飽和的NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液, ,滴入滴入1-21-2滴酚酞溶滴酚酞溶液液, ,再滴加稀鹽酸再滴加稀鹽酸, ,邊加邊振蕩邊加邊振蕩, ,至溶液紅色變淺并接近消失至溶液紅色變淺并接近消失. .靜置靜置. .觀察到的現(xiàn)象為觀察到的現(xiàn)象為_反應(yīng)的化學(xué)方程反應(yīng)的化學(xué)方程式為式為:_ :_ 將將中溶液過濾中溶液過濾, ,將濾渣干燥脫水形成一種吸水能力強的將濾渣干燥脫水形成一種吸水能力強的多孔固體多孔固體, ,俗名是俗名是_,_,它常用作實驗室和袋裝食品、瓶它常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的裝藥品等的_,_,也

20、可用作也可用作_的載體的載體 硅酸鹽巖石長期在水的侵蝕下硅酸鹽巖石長期在水的侵蝕下, ,風(fēng)化為黏土風(fēng)化為黏土, ,并且形成土壤并且形成土壤膠體膠體. .土壤膠體因其土壤膠體因其_巨大且一般帶巨大且一般帶_電電, ,能吸收能吸收_等數(shù)十種生物所需的營養(yǎng)離子等數(shù)十種生物所需的營養(yǎng)離子, ,所以土壤具有保所以土壤具有保肥能力肥能力. .中國黃土高坡產(chǎn)生的沙塵吹入大氣形成氣溶膠中國黃土高坡產(chǎn)生的沙塵吹入大氣形成氣溶膠, ,也是也是一種膠體粒子一種膠體粒子, ,由于它們的由于它們的_,_,是大氣中水蒸氣凝結(jié)成雨水降落到地面的必要條件是大氣中水蒸氣凝結(jié)成雨水降落到地面的必要條件. .水玻璃水玻璃防火防火黏膠黏膠產(chǎn)生白色沉淀產(chǎn)生白色沉淀NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H