《无机非金属材料的主角-硅》

第四章

非金属及其化合物

沙子SiO2Si从沙滩到用户

芯片第一节无机非金属材料的主角——硅地球生物生存的根基——空气、水、阳、硅酸盐说文解字硅硅广泛存在于岩石、土壤、沙子中，是构成地壳的重要元素秦砖汉瓦秦始皇陵兵马俑瓷器是中国最伟大的创造之一美丽的玻璃雕花艺术水晶玛瑙东方明珠现代建筑离不开玻璃的装饰和采光硅元素为什么是主角呢？1、含量高，仅次于氧

2、用途广泛“豪”阅读书P74~P75，答复以下问题：1.碳、硅原子的结构示意图2.碳、硅元素在自然界的存在形式3.碳、硅是构成什么的主要元素？碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石与许多矿物的根本元素C、Si的原子结构示意图。+14+6CSi

碳、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。硅是亲氧元素

硅：没有游离态，只有化合态——二氧化硅、硅酸盐。C、Si元素在自然界的存在形式碳：游离态〔金刚石、石墨〕化合态(CO2、碳酸盐、有机化合物等)一、二氧化硅〔SiO2〕1、存在形式：硅石结晶形:无定形:水晶玛瑙石英硅藻土天然SiO2的统称沙子中含有小粒的石英晶体联想-------沙子二氧化硅具有哪些物理性质?

CO2

SiO2色、态熔点沸点硬度溶解性无色气体无色透明晶体1610℃-56.6℃很低很高-78.5℃2230℃很低很高——大能溶〔1:1〕不溶2、物理性质思考：为什么SiO2和CO2的物理性质差异如此之大？结构不同结构性质决定反映3、结构SiO2晶体是由Si原子和O原子按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体。二氧化碳由CO2分子构成SiOSiO2是“［SiO4］正四面体”堆积起来的立体网状结构，因此硬度大，熔沸点高！

名称二氧化碳二氧化硅固体组成晶体中有无单个分子由CO2分子构成的晶体由Si、O原子构成的立体网状结构的晶体有无CO2：分子式SiO2：化学式，

表示晶体中N(Si)N(O)=123、结构

CO2

SiO2与水反响与碱反响与碱性氧化物反响CO2+H2O=H2CO3不反响，也不溶CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO高温CaSiO34、SiO2化学性质〔与CO2比较〕酸性氧化物氧化物的类型酸性氧化物

应用：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？原因：防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反响生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起〔SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O〕请大家将反响方程式改写成离子反响方程式盛放碱性〔碱、Na2CO3、NaHCO3、Na2SiO4等〕溶液的试剂瓶都只能用橡胶塞，不能用玻璃塞用氢氟酸“刻”出的玻璃工艺品思考：为什么能用氢氟酸来刻蚀玻璃？为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸?那用什么瓶保存氢氟酸?原因：玻璃中含有SiO2会与HF反响生成SiF4用塑料瓶盛装氢氟酸。SiO2+4HF==SiF4+2H2O特性！有个性！氢氟酸保存在细口、塑料瓶中在玻璃外表涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向挖空局部加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡二氧化碳CO2二氧化硅SiO2SiO2+2C==Si+2CO↑

不反响SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OCO2+H2O=H2CO3不反响CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO高温CaSiO3弱氧化性：与C反应特性：与酸反应酸性氧化物与CaO反应与NaOH反应与水反应4、SiO2化学性质〔与CO2比较〕

高温SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3与盐反响(与Na2CO3)高温C+CO2==2CO

高温1、加热熔融烧碱时应使用以下哪种坩埚〔〕A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚C.铁坩埚D.氧化铝坩埚C2、SiO2既能与NaOH反响，又能与HF反响，能将SiO2称为两性氧化物吗？5、二氧化硅的用途二氧化硅石英玻璃水晶玛瑙石英手表石英钟高级工艺品眼镜精密仪器轴承光导纤维玛瑙现代通信用光缆光学纤维胃镜用光导纤维做无开刀手术光导纤维手术头灯思考：

CO2＋H2O＝H2CO3

SiO2＋H2O＝

H2SiO3。以上两条方程式是否正确？SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。那怎样制备H2SiO3呢？

硅酸是一种怎样的物质呢？二、硅酸(H2SiO3)

实验4-1:向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入6mol/L稀盐酸,边加边振荡现象结论方程式滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有白色硅酸凝胶产生，红色褪去Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3

↓

+2NaCl用可溶性硅酸盐和酸反响1.制备(1)是一种弱酸，酸性比碳酸还弱①Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3〔少量〕②Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3〔过量〕SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3↓+

CO32-硅酸钠水溶液久置在空气中会变质！SiO32-+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2HCO3-2.性质H2SiO3==SiO2+H2O△〔2〕不稳定，受热易分解〔3〕难溶于水、白色固体3.硅胶的用途〔P76〕：枯燥剂〔吸水〕，催化剂的载体。硅胶泳帽硅胶枯燥剂不溶于水、不透水耐腐蚀、稳定无味无毒吸附水的能力强小结：硅酸〔H2SiO3)〔1〕硅酸制取：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓白色胶状强酸制弱酸〔2〕硅酸的性质：①白色胶状，难溶②弱酸性〔酸性H2SiO3<H2CO3〕Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3原理③三、硅酸盐1、组成：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称2、性质：大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO3Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓水玻璃：

Na2SiO3

的水溶液，无色粘稠液体，有粘性

3、Na2SiO3(最简单的硅酸盐)的性质和用途白色固体，可溶于水(1)能与酸性大于H2SiO3的酸反响放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论当水分蒸发后就燃烧起来水分蒸干后并不燃烧用Na2SiO3水溶液浸泡过的物质可防火(2)热稳定性好，不支持燃烧，用于制备硅胶和木材的防火剂4、表示方法：〔1〕化学式法：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。〔2〕氧化物法：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水注：①化合价不变②各物质前的系数无分数③原子守恒或符合各原子个数之比硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4

正长石：KAl(SiO3)2镁橄榄石：Mg2SiO4Na2O·SiO2CaO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2OK2O·Al2O3·4SiO2MgO·SiO25、硅酸盐工业产品传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥阅读教材P78了解陶瓷、玻璃、水泥的原料和成分等玻璃水泥陶瓷原料反应原理高温高温纯碱、石灰石、石英黏土、石灰石、适量石膏黏土高温烧结时发生复杂物理、化学变化。CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高温下发生复杂的物理、化学变化。主要成分SiO2CaSiO3Na2SiO3硅酸二钙:2CaO·SiO2硅酸三钙:3CaO·SiO2铝酸三钙:3CaO·Al2O3硅酸盐玻璃水泥陶瓷性质

用途无固定的熔点水硬性化学性质稳定用作建筑材料、制砂浆、混凝土、钢筋混凝土制有色玻璃、钢化玻璃、光学玻璃、玻璃纤维等。制作绝缘餐具、砖瓦、瓷坩埚、蒸发皿。2、物理性质：有金属光泽灰黑色固体熔点高硬度大晶体形无定形1、分类：硅元素在自然界中没有游离态，只有化合态！！四、硅单质

立体空间网状结构处于金属与非金属的过渡位置。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在元素周期表中位置3.硅的用途太阳能电池、人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。硅太阳能电池硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心计算机芯片以及半导体材料(集成电路、晶体管等)4.化学性质〔1〕常温下不活泼Si＋2F2＝SiF4Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑除F2、HF、强碱外均不反响特殊性质——NaOH溶液Si＋2OH-＋H2O＝SiO32-＋2H2↑性质类似铝！！〔2〕高温或加热的条件下：Si+O2

＝SiO2Si+C＝SiC(金刚砂〕Si+2Cl2＝SiCl4SiO2+2C===Si+2CO高温