二氧化硅和硅酸定稿

关于二氧化硅和硅酸定稿第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅第2页,共87页，2024年2月25日，星期天在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色。第3页,共87页，2024年2月25日，星期天+14+6CSi

硅原子既不易失去又不易得到电子，主要形成四价的化合物。

硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的。

存在：没有游离态，只有化合态画出硅的原子结构简图，分析主要化合价，我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？【思考与交流】第4页,共87页，2024年2月25日，星期天你知道硅谷吗？高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端。第5页,共87页，2024年2月25日，星期天单质硅的存在形态与碳相似，有

和

两种，结构与

类似，颜色

，状态

，熔点

，硬度

，常温下化学性质

。

正四面体一、硅单质第6页,共87页，2024年2月25日，星期天硅的化学性质

常温下性质稳定

Si+F2→Si+O2→Si+HF→

Si+NaOH+H2O→·硅的工业制备：SiO2＋2C=Si＋2CO↑高温第7页,共87页，2024年2月25日，星期天用途

晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）第8页,共87页，2024年2月25日，星期天硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心

大规模集成电路第9页,共87页，2024年2月25日，星期天硅芯片生产半导体生产第10页,共87页，2024年2月25日，星期天12结晶形无定形硅石二、二氧化硅地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的_____%,

存在形态有_______和________两大类，统称______。第11页,共87页，2024年2月25日，星期天结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙（1）、存在:硅石无色透明彩色环带或层状水晶SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。玛瑙1、二氧化硅(SiO2)第12页,共87页，2024年2月25日，星期天

每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。[SiO4]四面体结构

立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质（2）、结构第13页,共87页，2024年2月25日，星期天主要用作石英坩埚、光导纤维、饰品、建筑材料(沙子)（3）、用途第14页,共87页，2024年2月25日，星期天光学纤维胃镜用光导纤维做手术，不用开刀第15页,共87页，2024年2月25日，星期天1、根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质(从水溶性、硬度、熔点考虑)？化学稳定性如何？物理性质:_____________________________化学稳定性:_________________________通常条件下，很稳定硬度大、熔点高、难溶于水（4）、性质第16页,共87页，2024年2月25日，星期天

用玻璃塞为什么打不开呢？（提示：玻璃含二氧化硅）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O2、NaOH与实验室里其它试剂瓶有何不同？

生成的Na2SiO3会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起，所以打不开。【思考与交流】第17页,共87页，2024年2月25日，星期天①与强碱反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O②与碱性氧化物反应化学性质1、具有酸性氧化物的通性SiO2

＋CaOCaSiO3高温第18页,共87页，2024年2月25日，星期天

能与HF反应2、SiO2的特殊性：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O用途：刻蚀玻璃（制作玻璃工艺品）注意：实验室用塑料瓶来盛装HF。第19页,共87页，2024年2月25日，星期天用氢氟酸“刻”出的玻璃工艺品第20页,共87页，2024年2月25日，星期天3.弱氧化性高温高温高温SiO2+2C=Si+2CO↑4.与某些盐反应SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑

此两个反应用于工业制玻璃第21页,共87页，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅化学式化学式的意义通常状况下的状态硬度水溶性熔沸点二氧化硅和二氧化碳的比较CO2SiO2表示二氧化碳分子及其组成表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比气态固态很小很大可溶于水不溶于水很低很高第22页,共87页，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅稳定性与水反应与碱性氧化物反应与碱反应与HF反应高温稳定很稳定CO2+H2O=H2CO3不反应CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO=CaSiO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O化学性质第23页,共87页，2024年2月25日，星期天二氧化碳二氧化硅弱氧化性与碳酸盐等反应高温

SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑高温高温CO2+C=2CO高温SiO2+2C=Si+2CO↑CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3

CO2+H2O+CaCO3

=Ca（HCO3）2第24页,共87页，2024年2月25日，星期天

二氧化碳

CO2二氧化硅

SiO2

状态

气态

固态熔沸点硬度熔沸点很低熔点高，硬度大水溶性

能溶于水不溶于水化学性质与酸——

用途人工降雨，灭火,饮料等石英坩埚、光导纤维、饰品、建筑材料(沙子)与水反应与碱性氧化物反应与碱反应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2＋CaO=CaSiO3高温能与氢氟酸反应第25页,共87页，2024年2月25日，星期天三、硅酸(H2SiO3)【思考与交流】我们知道SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢？可溶性的硅酸盐和盐酸反应制得温馨提示：硅酸是难溶于水的弱酸第26页,共87页，2024年2月25日，星期天

在试管中加入3~5mL饱和Na2SiO3溶液，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。实验4-1现象结论化学方程式Na2SiO3+2HClH2SiO3(胶体)+2NaClNa2SiO3呈碱性；硅酸难溶于水

滴入酚酞溶液呈红色滴入盐酸有白色凝胶产生第27页,共87页，2024年2月25日，星期天硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中现象：透明的硅酸凝胶生成化学方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3

结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱第28页,共87页，2024年2月25日，星期天不稳定，受热易分解SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓

SiO32-+2H+=H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓∆

H2SiO3=H2O+SiO2第29页,共87页，2024年2月25日，星期天生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动），当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。(硅胶的基本成份是二氧化硅)硅酸胶体硅酸凝胶硅酸干凝胶“硅胶”第30页,共87页，2024年2月25日，星期天将硅酸凝胶用CoCl2溶液浸泡、干燥活化后制得。因为无水CoCl2为蓝色，水合CoCl2·6H2O为红色，所以根据变色硅胶由蓝变红可以判断硅胶的吸水程度。硅胶是一种具有物理吸附作用的吸附剂，可以再生反复使用。第31页,共87页，2024年2月25日，星期天②不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解∆H2SiO3==H2O+SiO2①弱酸性（酸性比碳酸弱），不使指示剂变色（1）、硅酸的性质白色固体，不溶于水小结第32页,共87页，2024年2月25日，星期天（2）、用途：干燥剂（吸水），吸附剂（多孔），催化剂的载体。□第33页,共87页，2024年2月25日，星期天1、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（）A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚C.铁坩埚D.氧化铝坩埚C学以致用第34页,共87页，2024年2月25日，星期天2、要除去SiO2中的CaO杂质，最适宜的试剂是（）

A.纯碱溶液B盐酸

C硫酸D苛性钠溶液B1、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是()A.烧碱溶液B.浓硫酸

C.氢氟酸D.碳酸钠溶液C学以致用第35页,共87页，2024年2月25日，星期天硅酸盐第36页,共87页，2024年2月25日，星期天四、硅酸盐

硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，没有固定的酸根。

硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。

硅酸盐大多不溶于水，化学性质稳定。第37页,共87页，2024年2月25日，星期天Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2K2O·Al2O3·6SiO2CaO·Na2O·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O1.硅酸盐组成表示第38页,共87页，2024年2月25日，星期天白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，无色粘稠的液体，是一种矿物胶物理性质2.硅酸钠（Na2SiO3）第39页,共87页，2024年2月25日，星期天③与盐反应①与酸反应Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaCl化学性质②与碱反应Ca(OH)2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaOH第40页,共87页，2024年2月25日，星期天现象结论水份蒸发后燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，失去防火作用防火效果好用作防火剂实验4-2放入蒸馏水放入Na2SiO3溶液化学性质化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好第41页,共87页，2024年2月25日，星期天用途可以作制备硅胶的原料，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第42页,共87页，2024年2月25日，星期天无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃4.硅酸盐材料用含硅物质作原料经加热制成硅酸盐材料。第43页,共87页，2024年2月25日，星期天材料(组成)金属材料无机非金属材料有机高分子材料传统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：光导纤维、新型陶瓷硅酸盐材料：玻璃、陶瓷(土器、陶器、炻器、瓷器)、水泥传统无机非金属材料:材料的分类第44页,共87页，2024年2月25日，星期天（一）、玻璃1、玻璃生产问题：玻璃生产的主要原料、主要设备、反应原理分别是什么？第45页,共87页，2024年2月25日，星期天（3）反应原理（2）生产设备玻璃熔炉（1）生产原料纯碱Na2CO3石灰石CaCO3石英SiO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高温

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高温第46页,共87页，2024年2月25日，星期天玻璃熔炉第47页,共87页，2024年2月25日，星期天[设问]这两个反应是否违反了复分解反应规律？复分解反应规律仅适用于溶液，不能套用于高温条件下的反应。Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高温

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高温第48页,共87页，2024年2月25日，星期天2、普通玻璃的主要成分

Na2SiO3、CaSiO3、SiO23、玻璃的特点不是晶体、没有固定的熔点第49页,共87页，2024年2月25日，星期天几种常见玻璃简介普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色蓝玻璃红玻璃化学仪器玻璃如试管等光学仪器玻璃如放大镜钢化玻璃光纤玻璃光导纤维：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达20——50Km，保密性能好。

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，使玻璃呈现出特征颜色。

把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。第50页,共87页，2024年2月25日，星期天4、几种玻璃的特性和用途（1）普通玻璃特性：在较低温度下软化。用途：制造玻璃窗、玻璃瓶、玻璃杯等玻璃器皿第51页,共87页，2024年2月25日，星期天特性：膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光。用途：可制造化学仪器;高压水银灯,紫外灯的灯壳等。（2）石英玻璃 石英玻璃坩埚第52页,共87页，2024年2月25日，星期天特性：透光性能好、有折光和色散性。用途：可制造眼镜片、照相机、显微

镜、望远镜等光学仪器。（3）光学玻璃第53页,共87页，2024年2月25日，星期天特性：耐腐蚀、不怕烧、不导电、

不吸水、隔热、吸声、防虫蛀。用途：制造太空飞行员的衣服、玻璃钢等。（4）玻璃纤维玻璃纤维布玻璃纤维丝第54页,共87页，2024年2月25日，星期天特性：耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震。用途：制造运动器材，微波通讯，汽车、火车玻璃窗。（4）钢化玻璃第55页,共87页，2024年2月25日，星期天洛阳蓝地钢化玻璃厂第56页,共87页，2024年2月25日，星期天（二）陶瓷：以粘土（Al2O3.2SiO2.2H2O）为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品第57页,共87页，2024年2月25日，星期天餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗日用陶瓷瓷器欣赏第58页,共87页，2024年2月25日，星期天花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、陈设品工艺陶瓷第59页,共87页，2024年2月25日，星期天工业陶瓷建筑一卫生陶瓷：如砖瓦，排水管、面砖，外墙砖，卫生洁具等第60页,共87页，2024年2月25日，星期天用于各种化学工业的耐酸容器、管道，塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等；化工陶瓷第61页,共87页，2024年2月25日，星期天用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管，支柱绝缘子、低压电器和照明用绝缘子，以及电讯用绝缘子，无线电用绝缘子等；电瓷第62页,共87页，2024年2月25日，星期天用于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。特种陶瓷第63页,共87页，2024年2月25日，星期天由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。从金属陶瓷英文单词Cermets来，是由Ceramic（陶瓷）和Metal（金属）结合构成的。金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性。第64页,共87页，2024年2月25日，星期天金属陶瓷：第65页,共87页，2024年2月25日，星期天（三）、水泥1、水泥的特性水硬性2、水泥生产思考问题：生产水泥的主要原料、主要设备。第66页,共87页，2024年2月25日，星期天（1）生产原料石灰石黏土少量的石膏（2）生产设备

水泥回转窑（3）石膏的作用调节水泥硬化速率

第67页,共87页，2024年2月25日，星期天第68页,共87页，2024年2月25日，星期天3、普通水泥的主要成分硅酸三钙3CaO·SiO2硅酸二钙2CaO·SiO2

铝酸三钙3CaO·Al2O3

第69页,共87页，2024年2月25日，星期天4、几种常见的水泥制品名称水泥砂浆混凝土钢筋混凝土原料水泥沙子水用途建筑粘合剂水泥沙子碎石水建造厂房钢筋混凝土建造高楼桥梁水坝第70页,共87页，2024年2月25日，星期天混凝土输送车1、运输混凝土的车辆为什么在不断的旋转？第71页,共87页，2024年2月25日，星期天

2、用水泥可以筑成水库的大坝，这说明水泥的什么性质？水库大坝第72页,共87页，2024年2月25日，星期天思考题对照三种硅酸盐工业，总结硅酸盐工业的共同特点？（1）生成物都是硅酸盐；（2）原料都是含硅物质；（3）反应条件都是高温；（4）反应原理都是发生了复杂的物理、化学变化。第73页,共87页，2024年2月25日，星期天1、硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷等。2、水泥、玻璃、陶瓷的原料和主要成分水泥主要成分：3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3玻璃主要成分：Na2SiO3CaSiO3SiO2

3、制造玻璃的两个主要反应的化学方程式小结Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2高温

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高温第74页,共87页，2024年2月25日，星期天传统与新型无机非金属材料特性对比材料特性种类传统无机非金属材料抗腐蚀，耐高温质脆、经不起热冲击普通玻璃普通水泥粘土陶瓷新型无机非金属材料耐高温、高强度具有电学特性具有光学特性具有生物特性高温结构陶瓷：氧化铝陶瓷（人造刚玉）氮化硅陶瓷光导纤维（SiO2）

第75页,共87页，2024年2月25日，星期天氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷光导纤维Si3N4Al2O3SiO2新型无机非金属材料

第76页,共