第四章第一节-无机非金属材料的主角——硅

你知道硅谷吗？,高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端.由于它集中了全世界90以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。,集成电路芯片,高楼大厦,“哥伦比亚”号,外壳由三万一千块硅瓦拼砌而成,硅瓦,硅橡胶,非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角_硅,1、你能画出碳和硅的原子结构示意图，通过分析，预测它们的性质？,一、碳与硅,碳原子和硅原子最外层均有四个电子，既不容易失去电子，又不容易得到电子，主要形成四价化合物。,2、硅元素在自然界的存在,硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中，这些岩石、土壤约占地壳质量的90%以上。有“地球骨骼”之称。,常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有。,阅读:课本P74第三段,碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。因此硅元素在自然界都是以氧的化合物的形态存在。,思考与讨论,二、二氧化硅,1、SiO2的存在及用途,天然二氧化硅约占地壳总质量12%，俗称“石英”，存在形态主要有：结晶型和无定型。石英晶体是结晶的SiO2。,你见过二氧化硅吗?,水晶,玛瑙,水晶装饰,石英坩埚,光导纤维,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术，不用开刀,根据这些图片和生活常识，讨论二氧化硅具有哪些物理性质?化学稳定性如何?,思考与讨论,物理性质：,难溶于水，熔点高，硬度大。,化学稳定性：,化学性质很稳定，不活泼。,2、物理性质,固体,1610,2230,不溶,大,思考与讨论,为什么二氧化硅和二氧化碳性质相差这么大呢？,结构决定性质。,Si,O,3、二氧化硅的晶体结构（课本P75）,四面体结构，每个Si接4个O，每个O接2个Si，是由Si和O按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成,晶体中没有分子。SiO2不是分子式，而是化学式（晶体中原子个数最简单的整数比）。,二氧化硅的结构,二氧化硅的结构,二氧化碳的结构,(1)属类：,(2)价态：,SiO2为酸性氧化物,SiO2中Si显+4价为最高价,思考与讨论,已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为4价，请你预测二氧化硅的化学性质。,4、化学性质:,（1)具有酸性氧化物的通性,与强碱反应生成盐和水SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？,因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。,想一想,（2)具有弱氧化性,（3）与某些盐的反应SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2,SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2,此两个反应用于工业制玻璃。,大家都知道玻璃很硬、很脆，那么玻璃杯上这些漂亮图案是怎么雕刻上去的呢？,想一想,HF是唯一可以与SiO2发生反应的酸，此反应用来雕刻玻璃。,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,（4）特性：与HF的反应,实验室为什么不用玻璃瓶而用塑料瓶装氢氟酸？,想一想,实验与探究,二氧化硅分别与硫酸、硝酸、氢氟酸的反应。,二氧化硅和二氧化碳的比较,CO2,SiO2,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,可溶于水,不溶于水,很低,很高,不反应,不,Na2O+CO2=Na2CO3,2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,SiO24HF=SiF42H2O,CO2+H2OH2CO3,H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸还弱）,不能使指示剂变色。,思考：如何制得硅酸？能用SiO2与水反应制得吗？,由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。,（1）制备,三、硅酸（H2SiO3）,探究实验4-1,SiO32-+2H+=H2SiO3,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅酸沉淀。,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,原理：强酸制弱酸,【用途】：生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。常常用做干燥剂。,思考：怎样由石英制取硅酸？,（2）物理性质,白色，胶状，不溶于水的物质,（3）化学性质,弱酸性，能与碱反应：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,酸性比碳酸弱，如何证明呢？,硅酸的酸性比盐酸弱，请设计一个实验证明。,活动探究：,实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中,现象：透明的硅酸凝胶生成,方程式：,Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3,结论：,硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱,课堂练习,1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（）A.熔点很高B.与水反应生成对应的酸C.可与烧碱反应生成盐D.坚硬,2.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,B,3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（）A.HF溶液B.KOH溶液C.盐酸D.水玻璃,C,4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀,B,6.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）A.CO2H2CO3B.SiO2Na2SiO3C.Na2ONa2CO3D.SiO2H2SiO3,5.能将Na2SiO3、CaCO3、SiO2三种白色粉末鉴别开来的试剂是（）A.NaOH溶液B.水C.氢氟酸D.稀盐酸,D,D,二、硅酸盐,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,1、硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等,2、硅酸盐组成表示,硅酸钠（Na2SiO3),镁橄榄石（Mg2SiO4）,钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,Na2OSiO2,2MgOSiO2,CaOAl2O33SiO23H2O,无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,陶瓷：原料黏土玻璃：原料纯碱、石灰石和石英；水泥：原料黏土和石灰石；加适量石膏；,硅酸盐产品,碳化硅(金刚砂,SiC)：硬度大,硅钢：高导磁性,硅橡胶：良好的弹性,分子筛：吸附剂、催化剂,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,科学视野,生物陶瓷,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,三、硅单质,1、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2、物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，熔点(14