高一必修一第一節(jié)_硅及其化合物

1、第四章第四章 非金屬及其化合物非金屬及其化合物 第一節(jié)第一節(jié) 無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅 地殼中第二，為地殼中第二，為26.3%，占地，占地 殼質(zhì)量的殼質(zhì)量的90%以上以上 天然水晶天然水晶 天然瑪瑙天然瑪瑙 從從原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)認識硅認識硅 C Si 碳碳是構(gòu)成有機物是構(gòu)成有機物 的主要元素的主要元素 硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許 多礦物的主要元素多礦物的主要元素 從原子結(jié)構(gòu)認識從原子結(jié)構(gòu)認識硅硅 硅和碳一樣硅和碳一樣,其原子其原子既不易失去電子，也不易得到電子，既不易失去電子，也不易得到電子， 所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成主要形成四價化合物四

2、價化合物 結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體） 無定形無定形硅藻土硅藻土 水晶水晶 瑪瑙瑪瑙 1、存在形式、存在形式 天然的天然的SiO2 結(jié)晶型和無定形的二氧化硅統(tǒng)稱為結(jié)晶型和無定形的二氧化硅統(tǒng)稱為硅石硅石 水晶水晶 瑪瑙瑪瑙 “水晶之戀水晶之戀”，說明愛情很純潔，和水晶一樣透明。，說明愛情很純潔，和水晶一樣透明。 純凈的純凈的SiO2是良好的光學(xué)儀器制備材料，也是現(xiàn)代是良好的光學(xué)儀器制備材料，也是現(xiàn)代 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)“高速公路高速公路”的材料的材料-光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維， 同時石英和瑪瑙是制作飾物和工藝品的良好材料。同時石英和瑪瑙是制作飾物和工藝品的良好材料。 二氧化硅的物理性質(zhì)二氧化硅的物理性質(zhì)

3、 熔點高熔點高,硬度大硬度大,難溶于水難溶于水 2、SiO2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 硅原子硅原子 二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1，用，用SiO2來表來表 示二氧化硅的組成示二氧化硅的組成,表示表示O與與Si的原子個數(shù)比的原子個數(shù)比,不是分子式不是分子式 是化學(xué)式。是化學(xué)式。 SiOSiO4 4 四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu) 二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2 化學(xué)式化學(xué)式 的意義的意義 狀狀 態(tài)態(tài) 硬硬 度度 熔沸點熔沸點 表示二氧化碳表示二氧化碳 分子及其組成分子及其組成 表示二氧化硅晶體表示二氧化硅晶體 中硅氧原子個數(shù)比中硅氧原子個數(shù)比

4、 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài) 很小很小很大很大 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水 很很 低低 很很 高高 3 3、二氧化硅二氧化硅和和二氧化碳二氧化碳比較比較 水水 溶溶 性性 二、二、SiOSiO2 2的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) （1）與堿及堿性氧化物的反應(yīng)）與堿及堿性氧化物的反應(yīng) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+CaO CaSiO3 高溫高溫 （2）特性）特性 SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiO2是是H2SiO3的的酸酐酸酐，具有酸性氧化物的通性，具有酸性氧化物的通性 所以實驗室氫氧化鈉試劑瓶不能用玻璃塞子所以實驗室氫氧化鈉試劑瓶不能用玻璃塞子 SiO2僅能和酸中的

5、僅能和酸中的HF反應(yīng)，反應(yīng)，HF是一種很弱的酸是一種很弱的酸 應(yīng)用應(yīng)用：HF用來雕刻玻璃用來雕刻玻璃 （3 3）. . 在高溫下能與還原劑反應(yīng)，表現(xiàn)弱氧化性在高溫下能與還原劑反應(yīng)，表現(xiàn)弱氧化性 SiO2 + 2C 高溫高溫 Si + 2CO SiO2 + 2Mg 高溫高溫 Si+ 2MgO 三、硅酸（三、硅酸（H2SiO3） H2SiO3是一種很弱的酸是一種很弱的酸(酸性比酸性比H2CO3還弱還弱)，是一，是一 種不溶性酸，白色固體，種不溶性酸，白色固體， 它是它是SiO2的的對應(yīng)水化物。對應(yīng)水化物。 硅酸（硅酸（H2SiO3） 物性物性 用途用途 硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝

6、食硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食 品，瓶裝藥品的干燥劑，還可以用作催化劑的載體品，瓶裝藥品的干燥劑，還可以用作催化劑的載體 思考：思考： 二氧化硅是不溶于水的，二氧化硅是不溶于水的， 那么如何制備硅酸呢？那么如何制備硅酸呢？ 滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶 液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生 a. Na2SiO3溶液呈堿性，溶液呈堿性， b. 可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成難溶于水的硅可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成難溶于水的硅 酸酸 （ 先形成先形成硅酸膠體硅酸膠體，后形成，后形成硅酸凝膠）

7、硅酸凝膠） 實驗：實驗：在試管中加入在試管中加入3-5ml Na2SiO3溶液，滴入溶液，滴入1-2滴滴 酚酞酚酞，溶液，再用膠頭滴管滴加，溶液，再用膠頭滴管滴加HCl，邊加邊振蕩，邊加邊振蕩， 至無色，觀察現(xiàn)象至無色，觀察現(xiàn)象 現(xiàn)象現(xiàn)象 結(jié)論結(jié)論 化學(xué)方程式化學(xué)方程式 離子方程式離子方程式 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 1、如何由、如何由SiO2制備硅酸制備硅酸？ SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl 2、思考：比較碳酸和硅酸的酸性，如何來證明

8、？、思考：比較碳酸和硅酸的酸性，如何來證明？ 酸性：酸性：H2CO3 H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = H2SiO3 + Na2CO3 SiO2 酸性氧化物酸性氧化物 經(jīng)驗經(jīng)驗 不與酸作用（除了不與酸作用（除了HF） 化學(xué)性質(zhì)不活潑，不溶于水化學(xué)性質(zhì)不活潑，不溶于水 與堿性氧化物反應(yīng)（如與堿性氧化物反應(yīng)（如CaO） 與堿反應(yīng)（如與堿反應(yīng)（如NaOH） 對應(yīng)水化物對應(yīng)水化物 H2SiO3 弱酸，比碳酸還弱弱酸，比碳酸還弱 制備制備 強酸制弱酸（強酸制弱酸（Na2SiO3 + HCl） 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 用途用途 3 3、二氧化硅的存在和用途、二氧化硅的存在和用途 二氧化硅

9、二氧化硅 石英玻璃石英玻璃 瑪瑙首飾瑪瑙首飾 石英手表石英手表 石英鐘石英鐘 高級工藝品高級工藝品 眼鏡眼鏡 精密儀器軸承精密儀器軸承 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 瑪瑙瑪瑙 存在：存在： 硅石硅石 瑪瑙瑪瑙 水晶水晶 石英石英 分為分為:晶體晶體(石英和水晶石英和水晶) 無定形無定形(硅藻土硅藻土) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 種類繁多種類繁多 用二氧化硅和金屬氧化物的形式用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成表示其組成 硅、氧和金屬組成的化合物的總稱硅、氧和金屬組成的化合物的總稱 大多數(shù)不溶于水，性質(zhì)很穩(wěn)定大多數(shù)不溶于水，性質(zhì)很穩(wěn)定 定義定義 性質(zhì)性質(zhì) 特點特點 用途用途 （Na2SiO3） Na2SiO3可以

10、溶于水，水溶液叫做水玻璃，是可以溶于水，水溶液叫做水玻璃，是 制備硅膠和木材防火劑的原料制備硅膠和木材防火劑的原料.粘合劑粘合劑 硅酸鹽最傳統(tǒng)的產(chǎn)品有：水泥、玻璃、硅酸鹽最傳統(tǒng)的產(chǎn)品有：水泥、玻璃、 陶瓷陶瓷 CaOAl2O33 3SiO23 3H2O Na2OSiO2 Al2O32 2SiO22 2H2O K2O Al2O3 6SiO2 Ca(Al2Si3O10) 3H2O 鈣沸石鈣沸石 高嶺石高嶺石 Al2(Si2O5)(OH)4 正長石正長石KAlSi3O8 Na2SiO3硅酸鈉硅酸鈉 注意事項：注意事項： 1、氧化物之間用、氧化物之間用 “” 隔開隔開 2、前后原子個數(shù)守恒、前后原子個

11、數(shù)守恒 3、按金屬活潑順序、按金屬活潑順序 4、系數(shù)為分數(shù)時化為整數(shù)、系數(shù)為分數(shù)時化為整數(shù) 放入蒸餾水放入蒸餾水 放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3飽和溶液飽和溶液 現(xiàn)現(xiàn) 象象 結(jié)結(jié) 論論 實驗：實驗：4-24-2 取兩個小木條，分別放入蒸餾水和硅酸鈉飽和溶液，使取兩個小木條，分別放入蒸餾水和硅酸鈉飽和溶液，使 之充分潮濕，取出晾干，同時放置在酒精燈上加熱燃燒之充分潮濕，取出晾干，同時放置在酒精燈上加熱燃燒 當水分蒸發(fā)后當水分蒸發(fā)后 燃燒燃燒 當水分蒸發(fā)后不易燃燒當水分蒸發(fā)后不易燃燒 用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品

12、以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品 的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶如制造水泥、玻璃、陶 瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。 硅酸鹽工業(yè)的特點：硅酸鹽工業(yè)的特點： (1)(1)原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。 （2 2）反應(yīng)條件：高溫。）反應(yīng)條件：高溫。 (3)(3)反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。 (4)(4)生成物：硅酸鹽。生成物：硅酸鹽。 硅酸鹽工業(yè)硅酸鹽工業(yè) SiO2+CaCO3 CO2 + CaSiO3 高溫高溫 SiO2+Na2CO3 CO2 + Na2SiO3 高

13、溫高溫 新型材料新型材料 SiSi3 3N N4 4基陶瓷球軸承基陶瓷球軸承高純氧化鋁透明陶瓷管高純氧化鋁透明陶瓷管 其他的一些含硅材料：例如其他的一些含硅材料：例如SiC，俗名金剛砂，具有，俗名金剛砂，具有 金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可以作為耐磨材料；還有硅金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可以作為耐磨材料；還有硅 橡膠，既耐低溫又耐高溫，可以作為火箭導(dǎo)彈的絕緣材橡膠，既耐低溫又耐高溫，可以作為火箭導(dǎo)彈的絕緣材 料等等。料等等。 Si + C = SiC 高溫高溫 物物 性性 硅單質(zhì)硅單質(zhì) （Si） 化化 學(xué)學(xué) 性性 質(zhì)質(zhì) 制制 備備 用途用途 物結(jié)構(gòu)和金剛石相似，金屬光澤的灰黑色固體，熔點物結(jié)構(gòu)和金剛

14、石相似，金屬光澤的灰黑色固體，熔點 高（高（1410 oC），硬度大，有脆性，是良好的半導(dǎo)體。），硬度大，有脆性，是良好的半導(dǎo)體。 HF NaOH O2 X2 Si + OSi + O2 2 = = SiO2 Si + 2XSi + 2X2 2 = = SiX4 (X=F (X=F常溫、常溫、ClCl加熱加熱) ) Si + 2NaOH + Si + 2NaOH + H2 2O = NaO = Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2 特性特性 Si + 4HF = Si + 4HF = SiF4 + 2H + 2H2 2 SiOSiO2 2 + 2C + 2C Si+2CO SiClSiCl4 4 Si+2Cl2 Si + 4HCl Si + 4HCl SiCl SiCl4 4 + 2H + 2H2 2 良好的半導(dǎo)體，信息技術(shù)的關(guān)鍵材料，光電池的材料良好的半導(dǎo)體，信息技術(shù)的關(guān)鍵材料，光電池