_第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角-硅

1、第四章 非金屬及其化合物 第一節(jié)第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)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%硅硅在地殼中含量第二，硅的氧化物在地殼中含量第二，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)，沒有游離態(tài)，只有化合只有化合態(tài)態(tài)(因?yàn)樗怯H氧元素）；自然界中分布廣泛，因?yàn)樗怯H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是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。從原子

2、結(jié)構(gòu)認(rèn)識從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)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，也不既不易失去電子，也不易得到電子，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(jī)物是構(gòu)成有機(jī)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(rèn)識從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅硅天然水晶石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅，石英中無色透明石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅，石英中無色透明的晶體就是通常所說的水晶的晶體就是通常所說的水晶天然瑪瑙天然瑪瑙石英具有彩色環(huán)狀或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙天天然然的的 SiO2 硅

3、硅石石有結(jié)晶形（石英晶體）有結(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、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）(1)存在存在 （2 2） 二氧化硅的用途：二氧化硅的用途：石英制品現(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)頭燈思考與交流思考與交流根據(jù)根據(jù)SiOSiO2 2的存在和應(yīng)用，的存在和應(yīng)用，分析：分析：SiOSiO2 2有哪些物理性質(zhì)？有哪些物理性質(zhì)？物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，熔點(diǎn)高，硬度大，硬度大，不溶于水不溶于水（有粘性）有粘性）實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝

4、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？ NaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成Na2SiO3，使，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝因此盛裝NaOH溶液的試劑溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。塞。想一想想一想氫氟酸氫氟酸氫氟氫氟酸反應(yīng)酸反應(yīng), 想一想想一想2、實(shí)驗(yàn)室為什么不用、實(shí)驗(yàn)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，盛裝氫氟酸不能用玻能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。璃試劑瓶而要用塑料瓶。SiOSiO2

5、 + 2C + 2C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 + 2CO可利用這個反應(yīng)制可利用這個反應(yīng)制粗硅粗硅（課本81） 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 狀狀 態(tài)態(tài) 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài)熔沸點(diǎn)很低熔沸點(diǎn)很低熔點(diǎn)高，硬度大熔點(diǎn)高，硬度大水水 溶溶 性性 微溶于水微溶于水不溶于水不溶于水化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧與堿性氧化物反應(yīng)化物反應(yīng)與與 酸酸 用用 途途人工降雨，滅火人工降雨，滅火, ,飲料飲料等等P75, P75, 圖圖4 45 5CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO

6、2+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？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，一種很弱的酸一種很弱的酸(酸性比酸性比H2CO3還弱還弱)，一種不溶于水的白色固體。，一種不溶于水的白色固體。（1）制法）制法

7、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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論化學(xué)方化學(xué)方程式程式滴入酚酞后溶液變?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

8、+ 2HCl = 2NaCl + H2SiO3SiO32- + 2H+ = H2SiO3離子方程式：離子方程式：硅膠泳帽硅膠泳帽硅膠干燥劑硅膠干燥劑（2）硅酸化學(xué)性質(zhì)）硅酸化學(xué)性質(zhì) 與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)與強(qiáng)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，可證明H2SiO3 的酸的酸性比性比H2CO3弱。弱。 （ Na2SiO3 溶液放置于空氣中易變質(zhì)）SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2

9、O + 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(O

10、H)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(qiáng)的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。）有很強(qiáng)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 + H2SiO3Na2Si

11、O3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 實(shí)驗(yàn)4-2（硅酸鈉的耐熱性）放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當(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。，化合價低的金屬氧化物放在前面。（1）保持原有各元素化合價不變，按順

12、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 3SiO3SiO2 23H3H2 2O O無機(jī)非無機(jī)

13、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 ）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

14、化硅（碳化硅（SiCSiC俗稱金剛砂俗稱金剛砂），具有金剛），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(jī)非金屬材料：新型無機(jī)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、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

15、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(diǎn)金剛石，熔點(diǎn)(1410)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。和沸點(diǎn)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(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)，只能與常溫下，不能與強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)，只能與氟氣、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

16、+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(xiàng)符合題意）個選項(xiàng)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