《第一节-无机非金属材料的主角——硅》学习课程

1、1.了解二氧化硅及硅酸的性质与应用2.认识物质间既有相似性又有各自的特性重点：二氧化硅的性质和硅酸的制备难点：二氧化硅的结构学习目标：第一页，编辑于星期日：五点 五十五分。第二页，编辑于星期日：五点 五十五分。C、Si 的原子结构示意图。的原子结构示意图。+14+6CSil碳、硅原子既碳、硅原子既不易失去又不易得到电子不易失去又不易得到电子，主要形成，主要形成四价四价的化合物。的化合物。l非金属性：非金属性：C SiC Si第三页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅元素在地壳中的含量为硅元素在地壳中的含量为26.3%26.3%，仅次于，仅次于氧氧。硅是一种。硅是一种亲亲氧元素氧元素, ,在自然界

2、没有游离态，在自然界没有游离态，只有化合态只有化合态主要以熔主要以熔点很高的氧化物（二氧化硅）和硅酸盐的形式存在。点很高的氧化物（二氧化硅）和硅酸盐的形式存在。硅的硅的氧化物及硅酸盐氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的土壤，约占地壳质量的90%90%以上。以上。第四页，编辑于星期日：五点 五十五分。结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、一、 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅硅石石无色透明无色透明彩色环带或层状彩色环带或层状水晶水晶玛瑙SiO2是自然界中沙子、石英的主

3、要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。第五页，编辑于星期日：五点 五十五分。二氧化硅中没有单个分子，用二氧化硅中没有单个分子，用SiOSiO2 2来表示二氧化硅的组成来表示二氧化硅的组成, , 表示表示SiSi与与O O的原子的原子个数比个数比为为1:21:2, ,所以所以不是分子式而是化学式。不是分子式而是化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结构决定了立体网状结构决定了SiOSiO2 2具有优良具有优良的物理性质的物理性质一、二氧化硅一、二氧化硅2. 结构结构SiOSiO2 2的晶体结构图的晶体结构图 每每1个个Si原子周围原子周围结合结合4个个O原子，原子，

4、Si在在中心中心,O在四个顶角。在四个顶角。同时每同时每1个个O原子周原子周围结合围结合2个个Si原子相结原子相结合。合。 第六页，编辑于星期日：五点 五十五分。一、二氧化硅一、二氧化硅用途：以用途：以SiOSiO2 2为主要成分的沙子是基本的建筑材料为主要成分的沙子是基本的建筑材料纯净的纯净的SiOSiO2 2是现代光学及光纤制品的基本原料是现代光学及光纤制品的基本原料石英和玛瑙制作饰物和工艺品石英和玛瑙制作饰物和工艺品第七页，编辑于星期日：五点 五十五分。物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:_通常条件下，很稳定通常条件下，很稳定熔点高、硬度大、难溶于水第八页，编辑于星期日：五点 五十

5、五分。1.玻璃中含有玻璃中含有SiO2，从物质，从物质组成和性质角度来分类，组成和性质角度来分类， SiO2属于哪类物质？属于哪类物质？2. SiO2可能具有哪些化学性质？可能具有哪些化学性质？第九页，编辑于星期日：五点 五十五分。3 3、二氧化硅的化学性质（、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼通常很不活泼）具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性（1）与强碱反应生成盐和水）与强碱反应生成盐和水（2）与碱性氧化物反应生成盐）与碱性氧化物反应生成盐（有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃）SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O第十页，编辑于星期日：五点 五十五分。（2）难溶于水

6、，不与水反应难溶于水，不与水反应4HF+SiO2=SiF4+2H2O （3） SiO2的特性 与氢氟酸（HF）反应 第十一页，编辑于星期日：五点 五十五分。1.为什么在实验室中盛放为什么在实验室中盛放NaOH 溶溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？璃塞？ 22第十二页，编辑于星期日：五点 五十五分。实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？HFHF能腐蚀玻璃，因此盛装氢氟酸不能用玻能腐蚀玻璃，因此盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。璃试剂瓶而要用塑料瓶。3.某同学根据某同学根据氢氟氢氟酸反应酸反应,推断推断第十三页，编辑于星期日：五点 五十

7、五分。物质物质CO2SiO2物理性质物理性质无色无味气体、熔沸无色无味气体、熔沸点低、微溶于水点低、微溶于水 固体、熔沸点高、不溶固体、熔沸点高、不溶于水于水 化化学学性性质质与水与水反应反应与酸与酸反应反应与碱与碱反应反应与碱与碱性氧性氧化物化物反应反应CO2+ 2NaOH= Na2CO3+ H2O SiO2+4HF = SiF4+2H2O SiO2+ 2NaOH= Na2SiO3 + H2O CO2+ Na2O=Na2CO3 SiO2+ CaO CaSiO3 CO2+H2O H2CO3 二氧化二氧化碳与二氧化硅比较碳与二氧化硅比较酸性氧化物第十四页，编辑于星期日：五点 五十五分。思考： 硅

8、酸是一种怎样的物质呢？CO2+H2O H2CO3 第十五页，编辑于星期日：五点 五十五分。 现象现象 结论结论 反应式反应式 滴入酚酞溶液呈红色硅酸难溶于水(胶体) 制备可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应 Na2SiO3溶液呈碱性滴入盐酸有白色胶状沉淀产生、Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3 (胶体胶体) 实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸第十六页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶硅胶”。、 干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶硅胶硅胶多孔，吸附水份能力强，

9、常用作实验室和袋装食品，瓶装药多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的品等的干燥剂干燥剂，也可以用作，也可以用作催化剂的载体催化剂的载体。第十七页，编辑于星期日：五点 五十五分。1 1、制备、制备白色，胶状，不溶于水的物质酸性比碳酸弱H2SiO3 = SiO2 + H2O强酸制弱酸原理强酸制弱酸原理（酸性（酸性HClHHClH2 2COCO3 3HH2 2SiOSiO3 3）H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O小结小结第十八页，编辑于星期日：五点 五十五分。练练习习 1为确认为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的的酸性强弱，某学生设计了如图所酸性强弱，

10、某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目示的装置，一次实验即可达到目的的(不必选其他酸性物质不必选其他酸性物质)。请据此。请据此回答：回答：思考：直接将A中产生的二氧化碳通入到C中的硅酸钠溶中，能否证明H2CO3强于强于H2SiO3？盐酸盐酸饱和饱和NaHCO3溶液溶液吸收吸收HCl气体气体Na2SiO3溶液溶液HClH2CO3H2SiO3第十九页，编辑于星期日：五点 五十五分。练习 教材P80 1.3.4第二十页，编辑于星期日：五点 五十五分。三、硅酸盐三、硅酸盐第二十一页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸

11、馏水放入蒸馏水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火（制备木材防火剂的原料）（制备木材防火剂的原料）第二十二页，编辑于星期日：五点 五十五分。2、硅酸盐的表示方法：、硅酸盐的表示方法： 化学式法：化学式法：氧化物法：氧化物法：硅酸钠硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙硅酸钙：CaSiO3硅酸钠硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙硅酸钙： CaO SiO2三、硅酸盐三、硅酸盐第二十三页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅酸盐的表示方法：硅酸盐

12、的表示方法：(1)(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物将硅酸盐中所有元素都写成氧化物( (二氧化硅和氧化二氧化硅和氧化物的组合物的组合) )。氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活较活泼金属氧化物泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水。水。(2)(2)氧化物之间以氧化物之间以“”隔开。隔开。(3)(3)注意原子守恒注意原子守恒硅酸钠NaSiO3 石棉石棉CaMg3Si4O12 长石长石KAlSi3O8第二十四页，编辑于星期日：五点 五十五分。四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业第二十五页，编辑于星期日：五点 五十五分。（1 1）玻璃）玻璃 普通玻璃普通玻璃: :以以纯碱纯碱(Na

13、(Na2 2COCO3 3) )、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2) )为原料为原料 Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：高温高温高温高温四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业第二十六页，编辑于星期日：五点 五十五分。以黏土和石灰石为主要原料（2 2）水泥）水泥（3 3）传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷： 传统硅酸盐陶瓷是以传统硅酸盐陶瓷是以黏土为原料，黏土为原料，经高温烧结而经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、

14、成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。卫生洁具等。第二十七页，编辑于星期日：五点 五十五分。（4 4）具有特殊功能的含硅物质：）具有特殊功能的含硅物质：碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂俗称金刚砂），具有金），具有金刚石的结构。硬度很大，用作刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。砂纸、砂轮的磨料。硅钢硅钢 （铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。第二十八页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅橡胶硅橡胶最好的既耐高温又耐最好的既耐高温又耐 低温的橡胶。低温的橡胶。 分子筛分子筛具有均匀微孔结构的具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。铝硅酸盐。

15、硅酸盐硅酸盐第二十九页，编辑于星期日：五点 五十五分。第三十页，编辑于星期日：五点 五十五分。传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等第三十一页，编辑于星期日：五点 五十五分。新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型无机非金属材料的特征：新型无机非金属材料的特征：（1 1）耐高温、强度高；）耐高温、强度高； （2 2）具有电学性质；）具有电学性质； （3 3）具有光学性质；）具有光学性质； （4 4）具有生物功能；）具有

16、生物功能；第三十二页，编辑于星期日：五点 五十五分。1、硅的工业制法、硅的工业制法 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si(粗粗)+2CO高温Si(粗粗)+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(纯纯)+4HCl高温五、硅单质五、硅单质第三十三页，编辑于星期日：五点 五十五分。四、硅单质四、硅单质2、硅的种类、结构、物理性质、硅的种类、结构、物理性质单质硅有单质硅有晶体晶体和和无定形无定形两种。两种。晶体硅的结构与金刚石类似，是带有晶体硅的结构与金刚石类似，是带有金金属光泽的灰黑色固体属光泽的灰黑色固体，熔点，熔点高高、硬度、硬度大大、有脆性。、有脆性。第三十四页，编辑于星

17、期日：五点 五十五分。3、化学性质、化学性质四、硅单质四、硅单质Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2第三十五页，编辑于星期日：五点 五十五分。物质物质CO2 SiO2化化学学性性质质与盐与盐反应反应与碳与碳反应反应制法制法CO2+ Na2CO3+ H2O = 2NaHCO3 CO2+C 2CO SiO2+ Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2+ 2C Si + 2CO CaCO3 + 2HCl=CaCl2 + H2O + CO2H2SiO3 = SiO2 + H2O 第三十六页，编辑于星期日：五点 五十五分。四、硅单质四、硅单质第三十七

18、页，编辑于星期日：五点 五十五分。第三十八页，编辑于星期日：五点 五十五分。第三十九页，编辑于星期日：五点 五十五分。硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体硅的用途非常广泛，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。池，制铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片第四十页，编辑于星期日：五点 五十五分。2 2、结构材料、结构材料高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷( (人造刚玉人造刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品第四十一页，编辑于星期日：五点 五十五分。 高压钠灯

19、的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。第四十二页，编辑于星期日：五点 五十五分。透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷第四十三页，编辑于星期日：五点 五十五分。注：钠蒸气放电发光问题早在注：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由于没有一种年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（能抵御高温钠蒸气（14001400）强烈）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到腐蚀的特殊材料，所以，直到19651965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。第四十四页，编辑于星期日：五点 五十五分。第四十五页，编辑于星期日：五点 五十五分。1.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净