无机非金属材料的主角-硅(共2课时)

第四章非金属及其化合物第1节无机非金属材料的主角——硅第1课时你见过“硅”吗？硅的存在2023/1/141、地壳中各元素的含量：硅居第二位（26.3%）。2、自然界中，无游离态硅，硅以化合态形式存在。几乎全是SiO2和硅酸盐，存在于各种矿物和岩石中。●硅的基本概况3、硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分。对比分析碳和硅的原子结构碳原子结构示意图硅原子结构示意图

硅和碳一样，其原子既不易失电子也不易得电子，化学性质不活泼，硅主要形成四价的化合物。其中二氧化硅是硅最重要的化合物。石英水晶沙子玛瑙天然二氧化硅--硅石——二氧化硅的存在●二氧化硅

你见过SiO2吗？请根据你的了解，说说它们的用途。合作与交流活动一

请你根据SiO2的存在形式和用途总结其物理性质。

熔点高、硬度大、难溶于水玛瑙手镯化学仪器石英坩埚石英钟表（2）二氧化硅的晶体结构CO2的晶体结构SiO2的晶体结构SiO2晶体是由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。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）。180º109º28´SiO二氧化硅的晶体结构示意图空间结构：立体网状结构结构单元：正四面体SiO2是化学式不是分子式。熔沸点高化学性质稳定★SiO2与CO2的物理性质比较类比学习活动二

从物质的分类角度来看，CO2和SiO2属于哪类物质？

回忆CO2的化学性质，尝试推测SiO2的化学性质。二氧化碳具有哪些化学性质呢?温故知新①酸性氧化物

与碱性氧化物反应生成盐

SiO2+CaO==

CaSiO3

高温

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。

硅酸钠，水溶液俗名“水玻璃”，具有黏性，可用作粘合剂，也可用来制备硅胶和木材防火剂等。与强碱反应生成盐和水

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO==

CaCO3

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+H2O=H2CO3CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3CO2+C==

2CO△类比学习：化学性质②与C的反应

SiO2+2C==

Si+2CO↑

高温③与某些盐的反应

SiO2+Na2CO3==

Na2SiO3+CO2↑

高温SiO2+CaCO3==

CaSiO3+CO2↑

高温反应原理：高沸点物质制低沸点物质。④SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸。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↑+2H2O⑤与HF的反应（SiO2的特性）思考.讨论（1）雕花玻璃上的“花”是怎样绘上去的？请用化学方程式进行说明。（2）实验室如何保存氢氟酸？SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O雕刻精美的玻璃二氧化硅的用途——光导纤维硅酸的制备及性质探究活动三

硅酸(H2SiO3)能通过SiO2与水反应制得吗？为什么？

能否通过可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与酸反应制得？请你以SiO2为起始原料，设计一个实验方案制备硅酸。(其它试剂自选)Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaClSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

在试管中加入3~5mLNa2SiO3溶液(饱和Na2SiO3溶液按1:2或1:3的体积比用水稀释)，滴入1-2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。现象结论方程式滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透明的、胶冻状的硅酸凝胶产生Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl活动三硅酸的制备及性质探究

H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸还弱）,不能使指示剂变色。（2）把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？滴入硫酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水，是一种弱酸Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3↓+Na2SO4思考Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3

↓+Na2CO3规律：较强酸制取较弱酸较强酸+较弱酸盐=较弱酸+较强酸盐能力提升

利用中学常见的实验仪器和药品，设计一个实验方案，证明酸性：盐酸>碳酸>硅酸。（仪器药品自选）供选择药品：稀盐酸、浓硫酸、蒸馏水、SiO2、大理石、Na2SiO3溶液、Na2CO3溶液、饱和NaHCO3溶液供选择仪器：ABCDE√√√√√√√酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3《优化方案》P65盐酸饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体HClH2CO3H2SiO3Na2SiO3溶液硅酸的性质：①白色胶状，难溶②弱酸性（酸性比H2CO3弱，不能是指示剂变色）③不稳定性H2SiO3===SiO2+H2O④脱水形成硅胶（用作干燥剂）知识反馈Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3∆DD放入蒸馏水现象结论木条燃烧放入Na2SiO3溶液木条不易燃烧水份蒸发后，失去防火作用防火效果好硅酸钠（Na2SiO3）二、硅酸盐Na2SiO3水溶液俗称为水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂等。

取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐？硅酸钠：Na2SiO3

石棉：CaMg3Si4O12长石：KAlSi3O8普通玻璃：CaNa2Si6O14黏土：Al2(Si2O5)(OH)4

Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2K2O·Al2O3·6SiO2CaO·Na2O·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O要领：两边原子个数守恒顺序：金属氧化物.二氧化硅·水(金属按活动顺序表)二、硅酸盐资料卡片硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃t金刚砂、硅钢、硅橡胶、分子筛等P78硅橡胶含硅材料黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英黏土硅酸二钙:2CaO·SiO2硅酸三钙:3CaO·SiO2铝酸三钙:3CaO·Al2O3SiO2、CaSiO3、Na2SiO3硅酸盐高温复杂的物理变化、化学变化水硬性建筑材料无固定熔点光学仪器、通讯器材餐具、工艺品抗氧化、耐酸耐碱、耐高温、绝缘复杂的物理变化、化学变化Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑高温CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑碳化硅（金刚砂）硅钢（变压器铁芯）具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质分子筛硅橡胶氧化铝的用途氮化铝的用途新型无机非金属材料：透明氧化铝陶瓷高压钠灯人造骨头原始陶瓷大约一万年前出现在中国。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的标志。享有盛誉的中国古代陶瓷陶缸（新时器时代）三彩马钧瓷（宋）青花瓷盖罐（明）1）单质硅分为晶体硅和无定形硅；2）晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体；3）晶体硅熔沸点高、硬度大；4）晶体硅是良好的半导体。晶体硅单晶硅单质硅三、硅单质1、硅的物理性质Si109º28'晶体硅的结构

晶体硅的晶体是正四面体结构，由于硅原子半径比碳原子半径大，故其熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。预测硅的化学性质Si与

C、S、P等都是非金属单质，应该具有某些类似性质。（分类法）硅在一定条件下也可和氧气反应预测二、C、S、P等在一定条件下可以和O2反应

S+O2===SO2点燃点燃C+O2===CO2知识提示：硅原子的最外层有4个电子，常见的化合价为：0、+4一、常温下C、S、等的性质比较稳定预测常温下硅的性质也比较稳定（3）与氟气反应：（4）与氢氟酸反应：（5）与强碱溶液反应：（2）与氯气反应：（1）与氧气反应：Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2Si+2Cl2==SiCl4Si+O2==SiO2注：常温下Cl2、O2、H2SO4、HNO3等都不与硅起反应。三、硅单质2、硅的化学性质高纯硅：半导体材料。集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池。变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）制合金：集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料三、硅单质3、硅的用途SiO2

粗硅SiCl4Si+C

+Cl2

精馏+H2高温高温高温SiO2+2C==