第一节 硅及其化合物 201491 张

1、第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角- 硅硅第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物教材范围：必修教材范围：必修1第四章第四章一、硅及其化合物一、硅及其化合物1. 硅硅(2)物理性质：灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，物理性质：灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体， 熔沸点较高。熔沸点较高。(1)结构同金刚石结构同金刚石空间网状结构空间网状结构原子晶体原子晶体 硅是一种亲氧元素，硅是一种亲氧元素，自然界中没有游离态硅自然界中没有游离态硅，硅，硅主要以主要以氧化物及硅酸盐氧化物及硅酸盐形式存在。形式存在。晶体硅和无定形硅晶体硅和无定形硅(3)化学性质化学性质常温下性质稳定：常

2、温下性质稳定：Si+2F2=Si+4HF=Si+ 2NaOH + H2O=与与Cl2、O2、H2SO4、 HNO3等常温下都不与硅起反应。等常温下都不与硅起反应。加热或高温时：与某些非金属反应加热或高温时：与某些非金属反应Si + O2Si+ 2Cl2SiF4SiF4 +2H2Na2SiO3 + 2H2 SiO2 高温高温SiH4 Si + 2H2 SiCl2 (4)单质硅的用途单质硅的用途高纯硅：高纯硅：半导体材料半导体材料，硅芯片是各种计算机、微，硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心；电子产品的核心；制太阳能电池制太阳能电池。合金合金变压器铁芯（含硅变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）的钢有

3、导磁性） 耐酸设备（含硅耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）左右的钢有耐酸性）(5)单质硅的制备单质硅的制备SiO2 + 2C Si + 2CO高温高温Si+ 2Cl2 SiCl4高温高温SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl高温高温C高温高温二二氧氧化化硅硅粗粗硅硅粗粗四四氯氯化化硅硅纯纯四四氯氯化化硅硅高高纯纯硅硅Cl2加热加热蒸馏蒸馏H2高温高温结晶形结晶形无定形无定形玛瑙玛瑙天天然然的的 SiO2 硅硅石石水晶水晶(1) 存在存在石英晶体石英晶体硅藻土硅藻土2. 二氧化硅二氧化硅石英、水晶、玛瑙、沙子、硅藻土的主要成分均是石英、水晶、玛瑙、沙子、硅藻土的主要成分均是SiO2结构结

4、构空间网状结构，无单个分子空间网状结构，无单个分子原子晶体原子晶体熔点高，硬度大的固体，不溶于水。熔点高，硬度大的固体，不溶于水。(3)物理性质物理性质1molSiO2含含Si-O键？键？(4)化学性质化学性质酸性氧化物酸性氧化物与碱反应与碱反应 SiO2+ 2NaOH=与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应(盛放盛放碱性溶液碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的试剂瓶不能用玻璃塞)SiO2+ CaO CaSiO3高温高温与氢氟酸反应与氢氟酸反应SiO2 + 4HF=（雕刻玻璃）（雕刻玻璃）盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶塑料瓶橡胶塞橡胶塞Na2SiO3 + H2O 2

5、H2O + SiF4 与某些盐反应与某些盐反应SiO2+Na2CO3 =SiO2+CaCO3 =(工业制玻璃工业制玻璃)SiO2 +2C = 2CO + Si (粗硅）粗硅）高温高温弱氧化性弱氧化性SiO2+3CSiC+2CO高温高温过量过量)熔融熔融NaOH、Na2CO3不能用瓷坩埚、玻璃坩埚、石英不能用瓷坩埚、玻璃坩埚、石英坩埚，可使用铁坩埚坩埚，可使用铁坩埚 SiO2+2Mg = Si+2MgO高温高温Na2SiO3+CO2 CaSiO3+CO2高温高温高温高温 SiO2与与CO2化学性质的比较化学性质的比较物质物质 二氧化硅二氧化硅(SiO2 ) 二氧化碳二氧化碳(CO2)与水反应与水

6、反应 与酸反应与酸反应与碱反应与碱反应与碱性与碱性氧化物反应氧化物反应氧化性氧化性 不反应不反应 H2O+CO2=H2CO3不不 反反 应应 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 仅与氢氟酸反应仅与氢氟酸反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+NaOH=NaHCO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+CaO=CaSiO3高温高温CO2+C = 2CO高温高温SiO2+2C=Si+2CO高温高温常见试剂的保存常见试剂的保存试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液硝酸银晶体硝酸银晶体 氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 氯水氯水试剂瓶试剂

7、瓶细口磨口塞细口磨口塞广口瓶广口瓶棕色细口磨口塞棕色细口磨口塞细口橡皮塞细口橡皮塞棕色广口瓶棕色广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶液溴液溴棕色瓶磨口塞棕色瓶磨口塞 水封水封(1)SiO2是制造是制造光导纤维光导纤维的主要原料的主要原料(2)石英：石英坩埚、石英电子表、石英玻璃等石英：石英坩埚、石英电子表、石英玻璃等(3)水晶：电子工业的重要部件、光学仪器等水晶：电子工业的重要部件、光学仪器等(4)玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等(5)沙子：基本的建筑材料。沙子：基本的建筑材料。(5)二氧化硅的用途二氧化硅的用途3. 硅酸硅酸白色固体，难溶于水，弱酸，酸性比碳

8、酸弱，白色固体，难溶于水，弱酸，酸性比碳酸弱，不能使不能使指示剂变色指示剂变色。H4SiO4 H2SiO3 +H2O H2SiO3 SiO2 +H2OH2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O(1)物理性质物理性质(2)化学性质化学性质原硅酸在干燥的空气中可失水成硅酸原硅酸在干燥的空气中可失水成硅酸受热易分解受热易分解 与碱反应：与碱反应：现象现象结论结论化学化学方程式方程式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶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。液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。a、Na2SiO3溶液溶液呈碱性呈碱性 b、可溶性硅

9、酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸 c、先形成、先形成硅酸溶胶硅酸溶胶，后形成，后形成硅酸凝胶硅酸凝胶Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3(3)实验室制取实验室制取Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3 +2NaHCO3主要成分：主要成分：SiO2用途：常用作实验室、袋装食品和瓶装药品等的干燥剂，用途：常用作实验室、袋装食品和瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。硅胶多孔，表面积大，吸附水分能力强硅胶多孔，表面积大，吸附水分能力强可溶性硅

10、可溶性硅酸盐加酸酸盐加酸硅酸硅酸溶胶溶胶低浓度低浓度增加浓度增加浓度硅酸硅酸凝胶凝胶干燥脱水干燥脱水硅酸干凝硅酸干凝胶胶:硅胶硅胶4. 硅酸盐硅酸盐硅酸盐是由硅酸盐是由硅、氧、金属元素硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。是构成地壳岩石的重要成分。通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3高岭石：高岭石：Al2(Si2O5) (OH)4长石：长石：KAlSi3O8 Na2O SiO2Al2O3 2SiO2 2H2O K2OAl2O36SiO2氧化物顺序：金属氧化物氧化物顺序：

11、金属氧化物(活泼活泼不活泼不活泼)SiO2 H2O多数不溶于水多数不溶于水最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）俗称俗称_，可溶于水，水溶液呈，可溶于水，水溶液呈_性，硅酸钠水性，硅酸钠水溶液俗称为溶液俗称为_，是无色黏稠的液体，可以作黏胶，是无色黏稠的液体，可以作黏胶剂和木材剂和木材防火剂防火剂。泡花碱泡花碱碱碱水玻璃水玻璃硅及其主要化合物之间的转化关系：硅及其主要化合物之间的转化关系： 沉淀沉淀二、碳及其化合物二、碳及其化合物1. 碳单质碳单质金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60、无定形碳等、无定形碳等 (同素异形体同素异形体)金刚石：无色透明固体，原子晶体，很高的熔沸

12、点金刚石：无色透明固体，原子晶体，很高的熔沸点 和硬度，不导电。和硬度，不导电。熔点高，硬度小，能导电熔点高，硬度小，能导电石墨中所含的作用力：石墨中所含的作用力：范德华力，共价键，金属键范德华力，共价键，金属键C60：分子晶体，熔沸点低。：分子晶体，熔沸点低。 无定形炭：非晶体，黑色固体，吸附性。无定形炭：非晶体，黑色固体，吸附性。 石墨：石墨：黑色固体，混合晶体，黑色固体，混合晶体，石墨石墨 金刚石金刚石 SiC SiO2 Si比较石墨、比较石墨、SiC、SiO2、金刚石、金刚石、Si的熔点？的熔点？(2)碳单质的化学性质：碳单质的化学性质：较强的还原性较强的还原性 (加热或点燃加热或点燃

13、)常温下化学性质稳定常温下化学性质稳定2C + O2 2CO (O2不足不足) 点燃点燃 C + O2 CO2(O2充足充足)点燃点燃 C + 2CuO 2Cu + CO2 C + H2O H2 + CO （制水煤气）（制水煤气）高温高温 2CSiO2 Si+2CO高温高温 (制粗硅制粗硅)C+CO2 2CO高温高温 C+4HNO3(浓浓) = CO2+4NO2+2H2O较弱的氧化性：较弱的氧化性：还原性：还原性：SiCC +Si SiC（金刚砂）（金刚砂）高温高温 与氧化钙反应与氧化钙反应CCaO CaC2+CO高温高温(3)碳单质的用途：碳单质的用途：金刚石用于切割、钻头、制装饰品等；金刚

14、石用于切割、钻头、制装饰品等；石墨用于制造电极、铅笔芯、坩埚、润滑剂等。石墨用于制造电极、铅笔芯、坩埚、润滑剂等。2. 碳的氧化物碳的氧化物COCO2结构结构分子极性分子极性色色 味味 态态溶解度溶解度毒性毒性C OO C O极性分子极性分子非极性分子非极性分子无色无味气体无色无味气体无色无味气体无色无味气体难溶于水难溶于水1:1剧毒剧毒无毒无毒(2)碳的氧化物化学性质碳的氧化物化学性质CO不成盐氧化物不成盐氧化物较强还原性较强还原性淡蓝色火焰淡蓝色火焰2CO + O2 2CO2 点燃点燃 CO+H2O H2+CO2高温高温CO + CuO CO2+Cu3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2高温

15、高温酸性氧化物酸性氧化物CO2CO2+H2O H2CO3 CO2+2OH- =CO32- + H2OCO2+OH- = HCO3-CO2+Na2O=Na2CO3较弱的氧化性较弱的氧化性CO2+2Mg = C+2MgO点燃点燃CO2+C 2CO高温高温 与盐的反应与盐的反应CaCO3 Ca(ClO)2 Na2SiO3 偏铝酸钠偏铝酸钠 苯酚钠苯酚钠常见比碳酸弱的酸：常见比碳酸弱的酸：HClO H2SiO3 HAlO2 苯酚苯酚2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2与与Na2O2的反应的反应CO工业制法工业制法:CO2制法制法: 实验室：实验室：CaCO3+2HClCO2 CaCl2 H2O

16、 工业：工业：C + H2O H2 + CO （制水煤气）（制水煤气） 高温高温 CaCO3 CaO + CO2 高温高温 (3)碳的氧化物的制备与检验碳的氧化物的制备与检验检验：检验：检验检验:点燃后在火焰上罩上干燥的烧杯，无水雾出现；点燃后在火焰上罩上干燥的烧杯，无水雾出现；而罩上沾有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊。而罩上沾有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊。无色无味，能使澄清石灰水变浑浊。无色无味，能使澄清石灰水变浑浊。(4)除去除去CO、CO2气体中混有的杂质气体中混有的杂质通过通过NaOH溶液溶液通过灼热的通过灼热的CuO通过灼热的通过灼热的Cu网网通过饱和通过饱和NaHCO3或酸性或酸性KM

17、nO4溶液溶液通过饱和通过饱和NaHCO3溶液溶液可通过可通过CuSO4溶液溶液(6)碳的氧化物的用途碳的氧化物的用途CO：燃料、还原剂、化工原料。：燃料、还原剂、化工原料。CO2：灭火剂、致冷剂、人工降雨、饮料、制纯碱、：灭火剂、致冷剂、人工降雨、饮料、制纯碱、 尿素。尿素。CO中混有中混有CO2：CO2中混有中混有CO：CO2中混有中混有O2：CO2中混有中混有SO2：CO2中混有中混有HCl：CO2中混有中混有H2S：水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气，其主要成分是水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气，其主要成分是CO、H2，还含有，还含有CO2和水蒸气，请用如图所示装置设和水蒸气，请用如图所

18、示装置设计一个实验，以确认上述混合气中含有计一个实验，以确认上述混合气中含有CO和和H2。上述装置的正确连接顺序是上述装置的正确连接顺序是_。课堂练习课堂练习E，F接接D，C接接A，B（或（或B，A）接）接J，I接接H，G3. 碳酸和碳酸盐碳酸和碳酸盐(1)碳酸碳酸二元弱酸，具备酸的通性二元弱酸，具备酸的通性(2)碳酸盐和碳酸氢盐碳酸盐和碳酸氢盐规律：规律：1. 稳定性：稳定性：特例：特例：溶解度溶解度Na2CO3 NaHCO32. 溶解度：溶解度：正盐酸式盐酸正盐酸式盐酸酸式盐正盐酸式盐正盐练习练习:请写出以下反应的离子方程式请写出以下反应的离子方程式1. 小苏打溶液中加入小苏打溶液中加入少

19、量少量(大量大量)石灰水石灰水2. 含含 0.04mol NaHCO3的溶液中加入含的溶液中加入含 0.03mol Ca(OH)2 的石灰水的石灰水3. 碳酸氢钙溶液中加入碳酸氢钙溶液中加入少量少量(大量大量)烧碱烧碱1. Ca2+ +2OH-+ 2HCO3-=CaCO3+2H2O+CO32- HCO3-+OH-+Ca2+=CaCO3+H2O2. 4HCO3-+3Ca2+4OH-=3CaCO3+4H2O+CO32-3. OH- + HCO3- +Ca2+=CaCO3+H2O Ca2+2HCO3-+2OH-=CaCO3+2H2O+CO32-【练习】请写出以下反应的离子方程式【练习】请写出以下反应

20、的离子方程式 1. 苏打溶液中慢慢滴入过量稀盐酸苏打溶液中慢慢滴入过量稀盐酸 2. 稀盐酸中慢慢滴入过量苏打溶液稀盐酸中慢慢滴入过量苏打溶液1. CO32-+H+=HCO3- HCO3-+H+=H2O+CO22. CO32-+2H+=H2O+CO2可用互滴法鉴别的溶液：可用互滴法鉴别的溶液：HCl和和Na2CO3 HCl和和Na2SO3HCl和和NaAlO2 AlCl3和和NaOHAgNO3和氨水和氨水 FeCl3和和Na2SCNa2CO3COCO2NaHCO3CaCO3Ca(HCO3)2O2 (足量）足量）O2 (不足）不足）MgCO2 Ca(OH)2NaOHHClCO2 、H2O或或NaO

21、H或或Ca(OH)2Ca(OH)2CO2 、H2O碳及其重要化合物的转化关系碳及其重要化合物的转化关系CaCl2Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2三、碳族元素三、碳族元素第第A族族 C(碳碳)、Si(硅硅)、Ge(锗锗)、Sn(锡锡)、Pb(铅铅)最外层都有个最外层都有个_电子电子a. 最高正价为最高正价为 _价，最低负价为价，最低负价为_价价b. 主要价态：主要价态：_+4-4+2，+44C、Si、Ge、Sn的的+4价稳定，价稳定，Pb的的+2价稳定价稳定c. 气态氢化物气态氢化物_ 氢化物的稳定性氢化物的稳定性_。 d. 最高价氧化物最高价氧化物_RH4由强到弱由强到弱RO2e

22、. 最高价氧化物对应水化物最高价氧化物对应水化物_H2CO3H2SiO3Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4碳族元素特点：碳族元素特点：1. 形成化合物最多的一族形成化合物最多的一族2. 单质晶体类型最多的一族单质晶体类型最多的一族分子晶体、原子晶体、金属晶体，混合晶体分子晶体、原子晶体、金属晶体，混合晶体4. 易形成共价化合物一族易形成共价化合物一族3. 半导体比较集中的一族半导体比较集中的一族5. 无机非金属材料比较集中的一族无机非金属材料比较集中的一族C(碳碳)、Si(硅硅)、Ge(锗锗)、Sn(锡锡)、Pb(铅铅)可作为半导体材料的有：可作为半导体材料的有：硅硅 锗锗材材料料传统

23、无机传统无机非金属材料非金属材料新型无机新型无机非金属材料非金属材料无机无机非金属材料非金属材料金属材料金属材料高分子材料高分子材料四、无机非金属材料四、无机非金属材料1. 水泥水泥(1)主要原料：主要原料：(2)生产设备：生产设备：(3)主要过程主要过程: (4)主要成分：主要成分：石灰石、黏土、石膏石灰石、黏土、石膏水泥回转窑水泥回转窑原料的粉碎和混合、生料的高温融烧、原料的粉碎和混合、生料的高温融烧、 熟料的粉碎熟料的粉碎(调节水泥的硬化时间调节水泥的硬化时间)硅酸三钙（硅酸三钙（3CaO SiO2）、）、硅酸二钙（硅酸二钙（ 2CaO SiO2）、）、铝酸三钙（铝酸三钙（ 3CaO A

24、l2O3）水硬性水硬性水硬性：能与水发生化学反应凝结和硬化，且在水下水硬性：能与水发生化学反应凝结和硬化，且在水下 也能够凝结和硬化，并保持和发展其强度也能够凝结和硬化，并保持和发展其强度(5)性质：性质：(6)用途用途: 建筑材料、钢筋混凝土建筑材料、钢筋混凝土 (一一)传统无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐材料硅酸盐材料 2. 玻璃玻璃(1)原料：原料：(2)生产设备：生产设备：(3)反应原理：反应原理：(4)主要成分：主要成分：(5)主要特征：主要特征：纯碱、石灰石和石英纯碱、石灰石和石英玻璃窑玻璃窑复杂的物理变化和化学变化复杂的物理变化和化学变化Na2SiO3、 CaSiO3 、SiO2 不是晶体，无固定的熔点不是晶体，无固定的熔点CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2高温高温 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3 + CO2 高温高温 有色玻璃有色玻璃钢化玻璃钢化玻璃加入了不同的金属氧化物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普通玻璃加热接近熔化再急速冷却钢化玻璃：耐高温、耐腐蚀强度大、抗震钢化玻璃：耐高温、耐腐