化学二氧化硅和硅酸新人教必修

1、会计学1化学二氧化硅和硅酸新人教必修化学二氧化硅和硅酸新人教必修第1页/共74页地球生物生存的根基地球生物生存的根基硅酸盐、空硅酸盐、空气、水、阳光气、水、阳光第1页/共74页第2页/共74页硅的分布与存在硅的分布与存在l存在：没有游离态，只存在：没有游离态，只有化合态有化合态l分布：自然界中分布广分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。物和岩石的基本元素。第2页/共74页第3页/共74页第3页/共74页第4页/共74页S Si i从原子角度认识硅原子从原子角度认识硅原子C Si 既不易失去电子，也不易既不易失去电

2、子，也不易得到电子，得到电子，所以所以,硅的化学性硅的化学性质不活泼质不活泼,主要形成四价化合主要形成四价化合物物第4页/共74页第5页/共74页思考：思考：碳和硅在自然界中存在形式有所不同的碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因是什么？原因是什么？碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更强氧能力更强Si无单质状态无单质状态化合态：硅的氧化物和硅酸盐化合态：硅的氧化物和硅酸盐第5页/共74页第6页/共74页(1)二二氧氧化化硅硅存存在在无定形无定形硅藻硅藻土土水水晶晶玛瑙玛瑙结晶形（石英晶体结晶形（石英晶体）第6页/共74页第7页/共74页水晶水晶第7页/共74页第8页

3、/共74页玛瑙玛瑙第8页/共74页第9页/共74页第9页/共74页第10页/共74页山东临胸、浙江嵊州市硅藻土山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等矿等) )和和陆源沉积型陆源沉积型( (云南寻甸、四川云南寻甸、四川米易硅藻米易硅藻土矿等土矿等) )矿床。矿床。第10页/共74页第11页/共74页每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶角在四个顶角. 同时每同时每1个个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子相结原子相结合。合。硅原子硅原子SiO2四四面体面体二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为1:2,用用SiO2来表示来表示二

4、氧化硅的组成二氧化硅的组成,表示表示Si 与与O的原子个数比的原子个数比,不是分子式不是分子式,是化学式。是化学式。二氧化硅的结构二氧化硅的结构第11页/共74页第12页/共74页（3 3）二氧化硅）二氧化硅的用途的用途石英研钵石英研钵光导纤光导纤维维坩坩埚埚水晶水晶主要作装饰、石英坩埚、光主要作装饰、石英坩埚、光纤纤第12页/共74页第13页/共74页水晶水晶第13页/共74页第14页/共74页光学纤维胃镜光学纤维胃镜第14页/共74页第15页/共74页石英、玛石英、玛瑙瑙第15页/共74页第16页/共74页【思考与交流】根据根据SiOSiO2 2的存在和用途的存在和用途, ,请你分析请你分

5、析以下问题以下问题:SiO:SiO2 2具有哪些物理性质具有哪些物理性质? ?化学稳定性如何化学稳定性如何? ? 将你的认识写将你的认识写在下面的横线上在下面的横线上, ,并与同学交流。并与同学交流。物理性质物理性质:_:_化学稳定性化学稳定性:_:_不溶于水不溶于水 硬度大硬度大 熔点高熔点高很稳很稳定定第16页/共74页第17页/共74页讨论讨论：初中学过的初中学过的酸性氧化物的通性包酸性氧化物的通性包括哪些方面？（以括哪些方面？（以CO2为例）为例）第17页/共74页第18页/共74页（4 4）SiOSiO2 2的化学的化学性质性质: : 酸性氧化物酸性氧化物SiOSiO2 2 2NaO

6、H = 2NaOH = NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2O OSiOSiO2 2 CaO = CaSiOCaO = CaSiO3 3高高温温SiO2 + 2OH = SiO3 2- + H2O第18页/共74页第19页/共74页1、实验室盛装、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为溶液的试剂瓶为什么什么用橡胶塞而不用用橡胶塞而不用玻璃塞？玻璃塞？ NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应反应生成生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。要用橡胶塞。 =

7、SiO2 2NaOHNa2SiO3H2O图图 4-6 实验室实验室盛放盛放NaOH溶液溶液的试剂瓶的试剂瓶第19页/共74页第20页/共74页特性特性SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O 氢氟酸（氢氟酸（HFHF）是唯）是唯一能与一能与SiOSiO2 2反应的酸反应的酸此反应常用于刻蚀此反应常用于刻蚀玻璃。玻璃。第20页/共74页第21页/共74页2、实验室为什么不用玻璃瓶盛装、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？氢氟酸？ HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不氟酸不 能用能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。 不正确。因为二

8、氧化硅与氢氟酸反应生成不正确。因为二氧化硅与氢氟酸反应生成4，第21页/共74页第22页/共74页与盐反应： NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + + COCO2 2 CaCO CaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + + COCO2 2 高高温温 高高温温弱氧弱氧化性：化性：SiOSiO2 2 + 2C = + 2C = Si + 2COSi + 2CO高温高温第22页/共74页第23页/共74页 二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状态状态 物理性质物理性质化化学学性性质质与水反与水

9、反应应与碱反与碱反应应与碱性与碱性氧化物氧化物反应反应与酸反与酸反应应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反不反应应 = 固固 态态熔点熔点低低气气 态态熔点高、硬熔点高、硬度大度大人工降雨，灭人工降雨，灭火等火等 装饰、石英坩埚、装饰、石英坩埚、光导光导纤维纤维小结：小结：二氧化硅的物理和化学二氧化硅的物理和化学性质性质高高温温第23页/共74页第24页/共74页是一种白色胶是一种白色胶状物质，溶解度很小状物质，溶解度很小。第24页/共74页第25页/共74页CO2H2OH2CO3 ，但是，但是SiO2不

10、能与水直接化合成不能与水直接化合成H2SiO3，这是一个特性。，这是一个特性。 思考：刚才讲到思考：刚才讲到SiOSiO2 2不不能直接和水化合成能直接和水化合成H H2 2SiOSiO3 3，那怎样制备那怎样制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？ 第25页/共74页第26页/共74页实验实验4-14-1第26页/共74页第27页/共74页（1）制取原理：较强酸制较弱）制取原理：较强酸制较弱酸酸现象现象结论结论化学化学方程方程式式离子离子方程方程式式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入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，同稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状物质产生时

11、有白色胶状物质产生 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，溶于水的硅酸，c、先形成硅酸溶、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，胶，后形成硅酸凝胶，d、静置、静置则形成硅酸沉淀。则形成硅酸沉淀。Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3（胶体）（胶体）SiO32- + 2H+ = H2SiO3 （胶体）（胶体）第27页/共74页第28页/共74页（2 2）化学性）化学性质质: :弱弱酸性：只能与强碱发生酸性：只能与强碱发生中和反应。中和反应。H H2 2SiOSiO3 3 + 2NaOH = + 2Na

12、OH = NaNa2 2SiOSiO3 3 + 2H+ 2H2 2O O不稳定：受热易分解。不稳定：受热易分解。 H H2 2SiOSiO3 3 = H= H2 2O + O + SiOSiO2 2第28页/共74页第29页/共74页 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅硅胶胶”。常常用。常常用做干燥剂。做干燥剂。（3）用途第29页/共74页第30页/共74页神奇的硅橡胶神奇的硅橡胶 改变我改变我们的生活们的生活第30页/共74页第31页/共74页硅橡胶简介:硅橡胶是含有硅氧键（ Si-O ）的线型高

13、分子弹性体，因而具有很高的热稳定性。并具有优异的耐臭氧老化、氧老化、光老化和天候老化的性能，同时具有优良的电绝缘性能、防霉性能和高透气性能，可以制作很多模型制品，如各种 O 型圈、垫片、皮碗、油封、活门、减震器及膜片等。由于硅橡胶具有生理惰性、无毒，与其他材料无粘着能力，并能经受多次蒸煮消毒的特点，广泛用于医疗卫生和食品工业方面，如人造心脏瓣膜、人造喉、人造血管、奶嘴和药瓶塞等。作为各种电子管或电气元件的涂层、密封，具有防潮、避尘、防震以及改进电性能的效果。第31页/共74页第32页/共74页SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3Na2SiO3 + H2O + C

14、O2 = Na2CO3 + H2SiO3用什么实验事实能够证用什么实验事实能够证明明硅酸的酸性比碳酸弱？硅酸的酸性比碳酸弱？ 向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现碳气体，出现白色浑浊，即用白色浑浊，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可证明，可证明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。（强酸弱。（强酸制弱酸）制弱酸）第32页/共74页第33页/共74页1、定义、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称化合物的总称 2、性质、性质：硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常

15、见的可溶性硅酸盐是可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO3。3、表示方法、表示方法：（1）化学式法：）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等。第33页/共74页第34页/共74页活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化较活泼金属氧化物物二氧化硅二氧化硅水。氧化物前系数水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置按配置前后原子个数守恒原则配置系数。系数。硅酸钠：硅酸钠： NaNa2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2OSiOOSiO2 2 硅酸钙：硅酸钙： Ca

16、SiOCaSiO3 3 CaOSiOCaOSiO2 2高岭石：高岭石：AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 正长石：正长石：KAlSiOKAlSiO3 3不能写不能写 K K2 2OAlOAl2 2O O3 33SiO3SiO2 2， 应写成应写成K K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2（2）氧化物法：）氧化物法：第34页/共74页第35页/共74页4、硅酸盐在自然界的转化、硅酸盐在自然界的转化 硅酸盐矿石长期受到空气硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后中的二

17、氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解逐渐风化分解,生成的可溶物生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面积巨大且一般带负电因其表面积巨大且一般带负电，能吸收，能吸收NH4+，K+等营养离等营养离子，从而具有保肥能力。子，从而具有保肥能力。硅酸盐是如何具有保肥能力的？硅酸盐是如何具有保肥能力的？第35页/共74页第36页/共74页5、硅酸钠（、硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种种

18、无色粘稠的液体，是一种矿物胶矿物胶，黏性很强，可以作黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火黏胶剂和木材防火剂。剂。阅读课本阅读课本P77并并探究实验探究实验4-2放入蒸馏水放入硅酸钠饱和溶液 现 象 结 论 水分蒸发后水分蒸发后燃烧燃烧水分蒸干后不水分蒸干后不燃烧燃烧硅酸钠能硅酸钠能防火防火水不能防水不能防火火（1）、硅酸钠的物）、硅酸钠的物理性质理性质第36页/共74页第37页/共74页硅酸钠水溶液久置在空气中硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什会出现什么现象？为什么？么现象？为什么？ 硅酸钠水溶液久置在空气中硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下会出现白色浑浊。因为发生下列反应：列反应：

19、（2）硅酸钠化学性）硅酸钠化学性质质 硅酸钠的化学性质相对稳定硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。稳定性好。Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3第37页/共74页第38页/共74页（3）用途）用途 可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂与盐反应与盐反应与酸反与酸反应应Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl第38页/共74页第39页/共74页第39页/共

20、74页第40页/共74页你能指出常见的硅酸盐产你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗品有哪些吗 第40页/共74页第41页/共74页第41页/共74页第42页/共74页湘乡水泥厂 水泥是一种非常重要的建水泥是一种非常重要的建筑材料。筑材料。万丈高楼平地起，万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。穿针引线是水泥。第42页/共74页第43页/共74页三三. .硅酸盐工业硅酸盐工业（1）玻璃：普通玻璃普通玻璃: :以纯碱以纯碱(Na(Na2 2COCO3 3) )、石灰石、石灰石和石英和石英(SiO(SiO2 2) )为原料，经混合、粉为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。碎，在玻璃窑中熔融制得。 有关反应的

21、化学方程有关反应的化学方程式：式：NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = = NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= = CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )第43页/共74页第44页/共74页第44页/共74页第45页/共74页（2 2）水泥：）水泥：以黏土和石灰石为主以黏土和石灰石为主要原料要原料 经研磨、混经研磨、混合后在水泥回转合后在水泥回转窑中

22、煅烧，再加窑中煅烧，再加入适量石膏，研入适量石膏，研成细粉就得到水成细粉就得到水泥。泥。 石膏的作用石膏的作用是调节水泥硬化是调节水泥硬化速度。速度。第45页/共74页第46页/共74页（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黏土为原料，经高温烧结而成。日常生原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有活中常见的陶瓷有日用器皿、建日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。筑饰材、卫生洁具等。第46页/共74页第47页/共74页第47页/共74页第48页/共74页瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。

23、 我国素有“瓷都”之称的地方 江 西 景 德镇。 江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。” 第48页/共74页第49页/共74页第49页/共74页第50页/共74页第50页/共74页第51页/共74页（4 4）具有特殊功能的）具有特殊功能的含硅物质：含硅物质：碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂）俗称金刚砂），具有金刚石的结构，具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。纸、砂轮的磨料。硅钢硅钢 （铁合金）导磁性（铁合金）导磁性良好，良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。第51页/共74页第52页/共74页硅橡胶硅橡胶最好的既耐高最好的既

24、耐高温又耐低温的温又耐低温的橡胶。橡胶。 分子筛分子筛具有均匀微孔具有均匀微孔结构的铝硅酸结构的铝硅酸盐。盐。第52页/共74页第53页/共74页新型无机非金属材新型无机非金属材料：料：新型陶新型陶瓷瓷高温结构陶瓷、压高温结构陶瓷、压电陶瓷电陶瓷透明陶瓷、超导透明陶瓷、超导陶瓷等陶瓷等第53页/共74页第54页/共74页新型无机非金属材料：1、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质； （3）具有光学性质； （4）具有生物功能；第54页/共74页第55页/共74页2 2、结构材料、结构材料高温结构高温结构陶瓷：陶瓷：(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷( (人造人造刚玉

25、刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品第55页/共74页第56页/共74页 高压钠灯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，是白炽灯手民能够的10倍，是目前寿命最长的灯。第56页/共74页第57页/共74页第57页/共74页第58页/共74页第58页/共74页第59页/共74页生生物物陶陶瓷瓷第59页/共74页第60页/共74页结构陶瓷结构陶瓷第60页/共74页第61页/共74页氧化铝氧化铝(Al2O3)陶瓷陶瓷氮化硅氮化硅(Si3N4)陶瓷陶瓷第61页/共74页第62页/

26、共74页课堂练习1.地壳中含量第一和第二的两种元素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（所形成的化合物不具有的性质是（ ） A.熔点很高熔点很高 B.与水反应与水反应生成对应的酸生成对应的酸 C.可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 D.坚硬坚硬2.要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质杂质，最适宜的试剂是（，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3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞试、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞试剂瓶里的是（剂瓶里的是（ ）A.HF溶液溶液 B.KOH溶液溶液 C.盐酸盐酸 D.水玻璃水玻

27、璃BAC第62页/共74页第63页/共74页三、硅单质三、硅单质( (晶体硅是良好的晶体硅是良好的半导体材料半导体材料) )1.1.硅的存在和状态硅的存在和状态：(1)(1)在自然界中硅元素只有化合态，在自然界中硅元素只有化合态，无游离态；无游离态；(2)(2)与碳相似，单质硅也有晶体硅和与碳相似，单质硅也有晶体硅和无定形硅。无定形硅。2.2.物理性质物理性质：单质硅是灰黑色，有金属光单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。较高。第63页/共74页第64页/共74页3.3.化学性质化学性质：在常温下在常温下, ,硅的化学性质不活泼硅的化学性质不活泼, ,除

28、除氟气、氢氟酸和强碱外氟气、氢氟酸和强碱外, ,硅不跟其他硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。即：起反应。即：4.4.工业制粗工业制粗硅：硅：SiOSiO2 2+2C = +2C = Si+2COSi+2CO粗硅提纯粗硅提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2= = SiClSiCl4 4SiClSiCl4 4+2H+2H2 2= = Si+4HClSi+4HCl高高温温高高温温高高温温 Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2

29、Si+OSi+O2 2=SiOSiO2 2第64页/共74页第65页/共74页5.5.硅的用硅的用途途硅芯片是各种计算机硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。微电子产品的核心。硅太阳能硅太阳能电池电池第65页/共74页第66页/共74页思考：思考：碳和硅在自然界中存在形式有所不同的碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因是什么？原因是什么？碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更强氧能力更强Si无单质状态无单质状态化合态：硅的氧化物和硅酸盐化合态：硅的氧化物和硅酸盐第66页/共74页第67页/共74页(1)二二氧氧化化硅硅存存在在无定形无定形硅藻硅藻土土水水晶晶玛瑙玛瑙结晶形（石英晶体结晶形（石英晶体）第67页/共74页第68页/共74页2、实验室为什么不用玻璃瓶盛装、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？氢氟酸？ HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不氟酸不 能用能用玻璃试剂瓶