高中化学必修一---硅

第四章非金属及其化合物 第一节无机非金属材料的主角 硅 你知道美国的硅谷吗 Siliconvally Si元素在地壳中的含量排在第几位 在地壳中硅的含量为26 3 仅次于氧 硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分的岩石 沙子和土壤 约占地壳质量的90 以上 在无机非金属材料中 硅一直扮演中主要角色 原子结构 思考1 硅原子最外层电子数是多少 我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同 Si 最外层电子数是4 碳也是 思考2 碳 硅原子主要显几价 正四价 4价 碳是构成有机物的主要元素 硅是构成岩石和许多矿物的主要元素 Si在自然界中没有游离态的形式存在 1 存在形式 一 二氧化硅SiO2 地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的 其存在形态有和 12 结晶型 无定形 结晶形 石英晶体 无定形 硅藻土 水晶玛瑙 1 二氧化硅 SiO2 1 存在 天然的SiO2称为硅石 硅石 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 水晶 晶体二氧化硅 玛瑙 玛瑙 Si O 二氧化硅的晶体结构示意图 2 结构 SiO2原子晶体 Si O 二氧化硅的晶体结构示意图 SiO2是正四面体的空间网状结构 因此性质很稳定 坚硬难熔的固体 熔沸点比较高 不溶于水 硬度比较大 3 物理性质 表示二氧化碳分子及其组成 表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比 气态 固态 很小 很大 能溶于水 不溶于水 很低 很高 二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比 都属酸性氧化物 水溶性 活动与探究 为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别 是结构上的不同 4 化学性质 不活泼 a 常温与氢氟酸 SiO2很不活泼 HF是唯一能跟其反应的酸 4HF SiO2 SiF4 2H2O 玻璃中含有SiO2 所以可以用HF来刻蚀玻璃 SiO2不溶于水 不与水反应 视频 b 酸性氧化物的特性 与碱性氧化物反应 与强碱反应 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 与某些盐反应 SiO2 CaO CaSiO3 高温 有粘性 其溶液俗称水玻璃 高温 SiO2既能跟酸反应 又能跟碱反应 但不是两性氧化物 注意 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞 你知道为什么吗 高温 高温 高温 不反应 CO2 H2O H2CO3 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O CO2 2NaOH Na2CO3 H2O SiO2 CaO CaSiO3 CO2 CaO CaCO3 SiO2 4HF SiF4 2H2O 不反应 SiO2 2C Si 2CO CO2 C 2CO 5 用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在 因此从古到今都被人类广泛地应用 制光导纤维 石英玻璃制化学仪器 制石英表 石英钟 水晶制光学仪器和工艺品 玛瑙制精密轴承和装饰品 石英制品 用光导纤维做无开刀手术 光导纤维手术头灯 通信用光缆 光学纤维胃镜 水晶石英 玛瑙 二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的 能传导光信号的玻璃丝 制造光导纤维的材料就是二氧化硅 光导纤维主要用于通讯 传感 测量等 光纤通讯的优点就是通信容量大 一对光纤上可同时传送3万门电话 练习 下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是 红宝石 玛瑙 钻石 石英晶体 硅石 水晶 大理石 金刚砂 硅藻土 光导纤维 76实验 观察现象并填写下表 滴入酚酞溶液显红色 再滴入盐酸红色消失 并有透明胶状物质生成 Na2SiO3溶液呈碱性 与酸反应生成了H2SiO3 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 胶体 2NaCl 二 硅酸 H2SiO3 制备 可溶性硅酸盐 如Na2SiO3 与酸反应 2 用H2CO3也可制得H2SiO3 可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱 SiO32 H2O CO2 CO32 H2SiO3 胶体 Na2SiO3 H2O CO2 适量 Na2CO3 H2SiO3 胶体 一 制备方法 1 可溶性硅酸盐 如Na2SiO3 与酸反应 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 胶体 2NaCl SiO32 2H H2SiO3 胶体 硅酸是一种白色粉末状的固体 它的溶解度小 是一种弱酸 不能使指示剂变色 2 物理性质 硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶 称为 硅胶 3 硅酸化学性质 与强碱发生中和反应 不稳定 比H2CO3稳定 受热易分解 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 三 硅酸盐 1 含义 硅酸盐是由硅 氧和金属元素组成的化合物的总称 硅酸盐结构复杂的固态化合物 一般都不溶于水 最简单的硅酸盐是硅酸钠 Na2SiO3 俗称泡花碱 其水溶液俗称为水玻璃 可用作肥皂填料 木材防火剂等 放入蒸馏水 现象 结论 水份蒸发后燃烧 放入Na2SiO3溶液 水份蒸发后不燃烧 水份蒸发后 失去防火作用 防火效果好用作防火剂 P77实验4 2 2 硅酸钠Na2SiO3 花岗岩 长石 云母石 滑石 石棉 高岭土 粘土 3硅酸盐的表示方法 用氧化物的形式表示 氧化物的顺序 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水 用氧化物形式表示硅酸盐的组成 硅酸钠Na2SiO3 硅酸钙CaSiO3 高岭石Al2 Si2O5 OH 4 正长石KAlSi3O8 Na2O SiO2 Al2O3 2SiO2 2H2O K2O Al2O3 6SiO2 CaO SiO2 练习 如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐石棉 CaMg3Si4O12普通玻璃 CaNa2Si6O14钙沸石 Ca Al2Si3O10 3H2O CaO 3MgO 4SiO2 CaO Na2O 6SiO2 CaO Al2O3 3SiO2 3H2O 4 硅酸盐工业 4 硅酸盐工业 陶瓷 原料 条件 黏土 高温烧结 景德镇陶瓷 玻璃 原料 设备 条件 主要反应 主要成份 纯碱 石灰石 石英 硅酸钠 硅酸钙 二氧化硅 高温熔融 玻璃窑 玻璃 特殊玻璃 有色玻璃 钢化玻璃 加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化再急速冷却 水泥 原料 设备 条件 主要成份 水泥回转窑 黏土 石灰石 石膏 煅烧 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙等 水泥 其它重要硅化物 SiC硅钢 4 硅 硅橡胶 金刚砂 传统无机非金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 新型无机非金属材料 新型陶瓷 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷等 五 硅单质 1 存在形式自然界中没有游离态的硅 只有化合态单质硅分为晶型和无定形2 分布 自然界中分布广泛 在地壳中居第二位 仅次于氧 是构成矿物和岩石的基本元素 3 物理性质 单质硅有晶体和无定形体 晶体硅的结构与金刚石类似 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 熔沸点高 硬度大 难溶于水 硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间 是一种重要的半导体材料 1 与氟气反应 2 与氢氟酸反应 3 与强碱溶液反应 4 与氯气反应 5 与氧气反应 Si 2F2 SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 4 化学性质 常温下反应 加热条件 5 硅的制备 反应的方程式 工业上 用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅 制高纯度的硅 精硅 的方法 1 用氯气提取粗硅中的硅 2 用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅 SiCl4 2H2 Si 4HCl 高温 Si 2Cl2 SiCl4 高温 常温下呈液态 6 用途 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间 是良好的半导体材料 硅是信息技术的关键材料 利用硅的半导体性能 制成光电池 将光能转化为电能 硅太阳能电池 硅的用途非常广泛 可用来制造集成电路 晶体管 硅整流器等半导体器件 还可以制太阳能电池 制铝合金 铁合金等多种合金 硅芯片 太阳能电池 电脑的中央处理器 CPU 大规模集成电路 在美国旧金山 有个最大的高科技工业园区 称之为 硅谷 它是现代电子工业和计算机发展的基地 这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用 以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏 硅在电子工业中重要作用 1 要除去SiO2中混有的少量CaO杂质 最适宜的试剂是 A 纯碱溶液B 盐酸C 硫酸D 苛性钠溶液 B 2 常温下 能跟硅反应的物质是 A 烧碱溶液B 浓硫酸C 浓硝酸D 氢氟酸 AD 3 下列物质中 不能用玻璃瓶来盛装的是 A 烧碱溶液B 浓硫酸C HF氢氟酸D 碳酸钠溶液 C