必修1 第四章 第一节 无机非金属材料的主角——硅[新课]

1、Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地壳中元素质量分数地壳中元素质量分数第一节无机非金属材料的主角硅Si-26.30%一、硅在自然界的存在：一、硅在自然界的存在：硅的氧化物硅的氧化物硅酸盐硅酸盐约占地壳质量的约占地壳质量的90%90%硅硅在地壳中含量第二，是构成岩石在地壳中含量第二，是构成岩石与许多矿物的基本元素。与许多矿物的基本元素。硅硅是一种是一种亲氧亲氧元素，元素，无游离态无游离态，在自然界中它总，在自然界中它总是与氧相互化合的是与氧相互化合的大而透明棱柱状的石英叫水晶。因含有微量杂质的水晶会带有不同颜色，有紫水晶、茶晶、墨晶等具有彩色环带状或层状的石英称为玛瑙二、二氧化硅

2、（二、二氧化硅（SiO2）1.天然天然SiO2的存在形式的存在形式结晶形结晶形（石英晶体）（石英晶体）无定形二氧化硅无定形二氧化硅 （统称硅石）（统称硅石）水晶水晶玛瑙玛瑙沙子沙子硅藻土，硅藻的遗体硅硅硅硅 Si+14 2 8 4+6 2 4碳碳 C 它们的原子既不易失去也不易得到电子，它们的原子既不易失去也不易得到电子，形成四价的化合物。形成四价的化合物。 硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧化合，而碳没有此特点。化合，而碳没有此特点。2.结构：原子晶体结构：原子晶体3.物理性质：物理性质： 不溶、熔点高、硬度大不溶、熔点高、硬度大SiO2晶体：由晶体：由

3、Si和和O按按1:2的比例组成的的比例组成的正四面正四面体体立体网状结构立体网状结构的晶体的晶体（无单个无单个SiO2分子存在分子存在）注意：注意：SiO是表示组成的是表示组成的最简化学式最简化学式，仅仅表示表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比109028（2）氧化性）氧化性 SiO2 + 2C = Si + 2CO 4.化学性质化学性质：（稳定）：（稳定）（1）酸性氧化物）酸性氧化物 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 应用：装应用：装NaOH的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞高温高温 SiO2 + Ca

4、O = CaSiO3高温高温（3）特性：与氢氟酸（）特性：与氢氟酸（HF）反应）反应 SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O 应用：应用：HF用于刻蚀玻璃；用于刻蚀玻璃； 用塑料瓶装用塑料瓶装HF思考题思考题下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ） A. SiOA. SiO2 2 是二氧化硅的化学式是二氧化硅的化学式 B. SiOB. SiO2 2 晶体是由晶体是由SiSi和和O O按按1:21:2的比例所组成的的比例所组成的立体网状结构的晶体立体网状结构的晶体C. C. 沙子里含无定形二氧化硅沙子里含无定形二氧化硅 D. D. 石英就是水晶石英就是水晶 E. E. SiOSiO2 2

5、 从古到今被人类广泛地应用着，是因为从古到今被人类广泛地应用着，是因为SiOSiO2 2 的立体网状结构和它在自然界的的立体网状结构和它在自然界的广泛存在广泛存在 C D1要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是杂质，最适宜的试剂是 A. 纯碱溶液纯碱溶液 B. 盐酸盐酸 C. 硫酸硫酸 D. 苛性钠溶液苛性钠溶液2下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反应能说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+CO23

6、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是A. 烧碱溶液烧碱溶液 B. 浓硫酸浓硫酸 C. 氢氟酸氢氟酸 D. 碳酸钠溶液碳酸钠溶液BBC沙子沙子建筑材料建筑材料纯净的纯净的SiO2现代光学及光纤制品、光导纤维现代光学及光纤制品、光导纤维水晶、玛瑙水晶、玛瑙饰物和工艺品饰物和工艺品5.用途用途：（：（P75）光导纤维内窥镜光导纤维内窥镜三、硅酸（三、硅酸（H2SiO3）1.制备：制备：Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3(胶体胶体) + 2NaCl强酸强酸 弱酸弱酸Na2SiO3 + H2O + CO2 = H2SiO3(胶体胶体) + Na2CO3弱酸弱酸

7、 更弱酸更弱酸2.物理性质：不溶于水的白色胶状沉淀物理性质：不溶于水的白色胶状沉淀3.用途用途：溶胶：溶胶 凝胶凝胶 硅胶硅胶 硅胶硅胶用作用作 干燥剂、催化剂的载体干燥剂、催化剂的载体酸性酸性思考：思考：设计实验设计实验一次性一次性证明酸性：盐酸证明酸性：盐酸碳酸碳酸硅硅酸，并试着画出装置图。酸，并试着画出装置图。稀盐酸大理石饱和NaHCO3溶液Na2SiO3溶液4.化学性质：化学性质：酸性比碳酸还弱的酸性比碳酸还弱的弱酸弱酸（1）与碱反应）与碱反应H2SiO3 + 2NaOH= Na2SiO3+ 2H2O（2）不稳定性）不稳定性H2SiO3 = SiO2+ H2O2.Na2SiO3泡花碱泡

8、花碱（1）可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，显碱性）可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，显碱性（2）用途：制备硅胶和木材防火剂等的原料）用途：制备硅胶和木材防火剂等的原料1.存在形式存在形式天然：岩石、土壤等天然：岩石、土壤等合成：陶瓷、玻璃、水泥等合成：陶瓷、玻璃、水泥等四、硅酸盐（很稳定，大多不溶于水）四、硅酸盐（很稳定，大多不溶于水）3.硅酸盐材料硅酸盐材料水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷原料黏土、石灰石石英、石灰石、纯碱黏土设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑变化复杂的物理、化学变化过程Na2CO3 + SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+ SiO2= CaSiO3+CO2加水混合成型干燥烧结冷却组成3

9、CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸盐用途建筑材料玻璃瓶、化学实验用玻璃仪器、窗玻璃在工农业、科技生活、实验室应用广泛高温高温1、将足量、将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的固体物质是（固体物质是（ ） A Na2SiO3 B Na2CO3、Na2SiO3 C Na2CO3、SiO2 D SiO2练习练习A几种常见玻璃简介几种常见玻璃简介普通玻璃普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色因混有铁的化合物显浅绿色蓝玻璃蓝玻璃红玻璃红玻璃铅玻璃铅玻璃光学仪

10、器玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃钢化玻璃光纤玻璃光纤玻璃光导纤维：光导纤维：1964年年8月华裔科学家月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为导线，被誉为“纤维光学之父纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送时传送3万门电话且中继距离长达万门电话且中继距离长达2050Km，保密性能好。，保密性能好。 在原料里加入某些金属氧化物均匀地在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。颜色。 把普通玻璃放在电炉里加把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷

11、却，热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大通玻璃大46倍，不易破碎。倍，不易破碎。几种常见的玻璃几种常见的玻璃NaNa2 2SiOSiO3 3 : :AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 ：Ca(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010) )3H3H2 2O O钙沸石钙沸石正长石正长石高岭石高岭石CaOCaOAlAl2 2O O3 33SiO3SiO2 23H3H2 2O OK K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2活泼金属氧化物活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物

12、 二氧化硅二氧化硅 水水NaNa2 2O OSiOSiO2 2AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O OKAlSiKAlSi3 3O O8 8 4.硅酸盐的表示方法硅酸盐的表示方法种类繁多、复杂（常种类繁多、复杂（常用用氧化物形式氧化物形式表示）表示）无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅五、硅单质五、硅单质2.单质硅单质硅晶体晶体无定形无定形1.晶体硅：有金属光泽的灰黑色固体，熔晶体硅：有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、质脆。点高、硬度大、质脆。SiO2 + 3C = SiC (金刚砂金刚砂)+ 2CO 制备：制备：SiO2 + 2C = Si(粗硅粗硅) + 2CO 提纯：提纯：Si(粗硅粗硅) + 2Cl2 = SiCl4 SiCl4 + 2H2 = Si(纯纯) + 4HCl高温高温原子晶体，正四面体立体网状结构3、化学性质、化学性质常温下化学性质不活泼，单质硅在常温常温下化学性质不活泼，单质硅在常温下只与下只与F2、NaOH溶