(完整版)无机非金属材料的主角硅上课

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Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地壳中元素质量分数硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳的90％以上。大规模集成电路画出硅的原子结构示意图分析：既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。硅元素与谁的结构相似？碳硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。一、二氧化硅和硅酸（1）存在硅石（12%）结晶形：石英无定形：硅藻土水晶玛瑙1、二氧化硅石英水晶石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶紫水晶蔷薇石英茶水晶黄水晶玛瑙石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙。沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是SiO2光导纤维光缆（2）二氧化硅的用途：光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品光纤视频玛瑙饰品SiO二氧化硅的晶体结构思考：为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？结构决定性质：SiO2的立体网状结构物理性质：熔点高，硬度大的固体；不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明。化学性质：很稳定（化学性质很不活泼）。思考实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么？交流与研讨1.玻璃中含有SiO2，从物质组成和性质角度来分类，SiO2属于哪类物质？2.SiO2可能具有哪些化学性质？与碱性氧化物反应：与碱反应

SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O1、具有酸性氧化物的通性SiO2的化学性质高温SiO2+CaO===CaSiO3化学性质很不活泼，氢氟酸（HF）是唯一可以与之反应的酸。SiO2+4HF=SiF4￪+2H2O玻璃中含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃。2、特殊性在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡3、弱氧化性Si02高温下与C作用可制取粗硅

2C+SiO2

＝Si+2CO↑高温性质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)SiO2与CO2化学性质的比较CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3高温————↑酸性氧化物与碱性氧化物反应与碱反应与水反应与氢氟酸反应1.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（）

A.熔点很高B.与水反应生成对应的酸

C.可与烧碱反应生成盐D.坚硬B2.要除去SiO2中混有的少量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B3.下列物质中,主要成分不是SiO2的是（）

A.金刚砂B.玛瑙

C.水晶D.石英A练习2.硅酸(

)

硅酸是一种固体，它不溶于水；是一种弱酸，不能使指示剂变色。H2SiO3硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。常做干燥剂和催化剂的载体。思考二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，如何制得硅酸呢？可溶性硅酸盐与其他酸反应制得

实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸现象结论方程式①滴入酚酞溶液呈红色①Na2SiO3溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl实验探究：②滴入盐酸红色变浅并消失，有透明凝胶产生②硅酸难溶于水知识拓展：

把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？现象结论方程式滴入硫酸有凝胶产生硅酸难溶于水Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4活动与探究：

硅酸是一种比碳酸还要弱的酸。请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱。（2）硅酸的存在硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸溶胶

硅酸浓度较大时则形成硅酸凝胶硅酸凝胶干燥脱水——硅酸干凝胶，又称为硅胶，吸附水分能力强，常用作干燥剂，也用作催化剂的载体1.硅酸的制备（1）SiO2不溶于水，不能和水化合生成酸,实验室通过可溶性硅酸盐与其他酸制得。H2SiO3硅胶泳帽硅胶干燥剂不溶于水、不透水耐腐蚀、稳定无味无毒吸附水的能力强(1)是一种很弱的酸,酸性比碳酸还要弱Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓(2)不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解：

(3)硅酸在水中的溶解度很小。H2SiO3==SiO2+H2O△2.硅酸的性质试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸试剂瓶细口瓶，磨口塞广口瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞练习1、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。2、下列说法正确的是（）A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子BD练习3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）

A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水。

B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

C.SiO2常温下是固体，CO2常温下是气体

D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀B练习4.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）

A.CO2→H2CO3

B.SiO2→Na2SiO3

C.Na2O2→Na2CO3

D.SiO2→H2SiO3

D练习自然界中不存在单质硅；SiO2具有酸性氧化物的通性；可与强碱、碱性氧化物反应；可与氢氟酸反应；由于SiO2不溶于水也不与水反应，故硅酸通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得；硅酸的酸性比碳酸还弱。小结硅酸盐的一般特点：☆一般不溶于水（除Na、K盐外）,化学稳定性高。☆种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。二、硅酸盐:由硅、氧和金属组成的化合物的总称。长石滑石石棉高岭土黏土Na2SiO3：

Na2O·SiO2CaSiO3：

CaO·SiO2长石：K2O·Al2O3·6SiO2黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃：Na2O·CaO·6SiO2水泥：3CaO·SiO2；2CaO·SiO2；3CaO·Al2O3通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O练习：把盐化学式写成盐氧化物的形式：蛇纹石：H4Mg3Si2O9钙长石：CaAl2SiO6蛇纹石：3MgO·2SiO2·2H2O钙长石：CaO·Al2O3·SiO2通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O硅酸钠（1）无色晶体，熔点高（2）其水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性（3）硅酸钠溶液易吸收空气中的CO2，要密封保存

用蒸馏水浸过用Na2SiO3饱和溶液浸过现象结论用途：【实验4－2】水份蒸发后燃烧不易燃烧用水玻璃浸过的物品可以防火建筑工业和造纸工业用它做粘合剂。木材织物用水玻璃浸泡过好既防腐又不易着火。无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃人面鱼纹盆(陶瓷)砖瓦(陶瓷)陶瓷(China)：以黏土原料，高温烧制硅酸盐产品水泥:以石灰石和黏土为原料，高温煅烧后，加适量石膏，磨成细粉硅酸盐产品玻璃:以纯碱、石灰石和石英为原料，高温熔融

。普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2硅酸盐产品金刚砂SiC硅钢硅橡胶生物陶瓷其他含硅元素的物质三、硅单质1、存在：2、物理性质：在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是带有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于金刚石，熔点(1410℃)和沸点都很高，硬度大。在常温下，硅的化学性质可归纳为“亲氟亲碱”即常温下可以和F2、HF、NaOH溶液反应，但与O2、Cl2、H2SO4、HNO3都不反应，所以常温下硅单质的化学性质不活泼Si+O2===SiO2Si+2Cl2===SiCl4Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑常温下加热时3、化学性质：

晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,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硅芯片用途：1、用于制造硅芯片、集成电路等半导体器件；2、制造太阳能电池；3、制造合金Si晶体结构晶体硅、无定形空间构型：正四面体物理性质色：金属光泽态：灰黑色固体熔点：高（1410℃）硬度：大质脆化学性质常温下不活泼，与HCl、H２SO４、HNO３都不反应常温下能与F2、ＨＦ、ＮａＯＨ溶液反应高温下可发生下列反应Ｓi＋C＝SiCSi＋O2＝SiO2Si＋2Cl2＝SiCl4用途：半导体材料、光电池材料、信息技术材料小结SiSiO2与水O2F2