第四章 第一節(jié) 硅

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(wú)機(jī)非金屬材料的主角無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅硅 硅和碳一樣硅和碳一樣,其原子其原子既不易失去電子，也不易得到既不易失去電子，也不易得到電子，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(jià)化合物，四價(jià)化合物，例如例如SiO2和和H2SiO3，自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅。，自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅。CSi碳碳是構(gòu)成有機(jī)物的是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素主要元素硅硅是構(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(rèn)識(shí)從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)硅硅一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸天然的天然的 SiO2 硅石硅石結(jié)晶形（

2、石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）(1)存在存在SiO2 （2 2） 二氧化硅的用途：石英制品二氧化硅的用途：石英制品現(xiàn)代通信用光纜現(xiàn)代通信用光纜光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做無(wú)開(kāi)刀手術(shù)無(wú)開(kāi)刀手術(shù)光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈用途：用途：、制光導(dǎo)纖維、制光導(dǎo)纖維、石英玻璃制化、石英玻璃制化學(xué)儀器學(xué)儀器、石英表、石英、石英表、石英鐘鐘、水晶制光學(xué)儀、水晶制光學(xué)儀器和工藝品器和工藝品、瑪瑙制精密軸、瑪瑙制精密軸承和裝飾品承和裝飾品思考與交流思考與交流根據(jù)根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，的存在和應(yīng)用，分析：分析：

3、SiO2有哪些物理性質(zhì)？有哪些物理性質(zhì)？：熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水，純凈的熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水，純凈的SiO2無(wú)色透明無(wú)色透明SiO2四面體四面體 二氧化硅中氧原子與硅原子二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為個(gè)數(shù)比為2：1,用用SiO2來(lái)表示二氧來(lái)表示二氧化硅的組成化硅的組成,表示表示O與與Si的原子個(gè)的原子個(gè)數(shù)比數(shù)比,不是分子式，是化學(xué)式。不是分子式，是化學(xué)式。二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)硅原子硅原子 每每1個(gè)個(gè)Si原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合4個(gè)個(gè)O原子，原子，Si在中心在中心,O在四個(gè)頂角。同時(shí)每在四個(gè)頂角。同時(shí)每1個(gè)個(gè)O原子原子周圍結(jié)合周圍結(jié)合2個(gè)個(gè)Si原子相結(jié)合。原子相結(jié)合。高溫高溫Si

4、O2 CaO =u 與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水 SiO2 2NaOH =Na2SiO3 H2O 硅酸鈉硅酸鈉u 與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽（有粘性）有粘性）SiO2 2OHSiO32H2O(4)SiO2的化學(xué)性質(zhì)：的化學(xué)性質(zhì)：（穩(wěn)定，不活潑）（穩(wěn)定，不活潑）思思考考實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡膠溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用磨口玻璃塞，這是為什么？塞而不用磨口玻璃塞，這是為什么？ NaOH溶液能與表面粗糙的磨口玻璃塞中的溶液能與表面粗糙的磨口玻璃塞中的SiO2反反應(yīng)生成應(yīng)生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。特性：

5、只能與酸中的氫氟酸特性：只能與酸中的氫氟酸HF反應(yīng)反應(yīng)SiO2 4HF =SiF42H2O1、SiO2既可與堿反應(yīng)既可與堿反應(yīng),也能與也能與氫氟酸反應(yīng)氫氟酸反應(yīng), SiO2是不是是不是 兩性氧化物兩性氧化物 ？ 想一想想一想2、實(shí)驗(yàn)室為什么不用、實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶玻璃瓶盛裝氫氟酸？盛裝氫氟酸？ HF能腐蝕玻璃，因此盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而能腐蝕玻璃，因此盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。要用塑料瓶。不是不是,是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2 + 2C高溫高溫在高溫下能與還原劑反應(yīng)在高溫下能與還原劑反應(yīng)Si + 2COSiO2 + 2Mg高溫高溫Si+ 2MgO可利用這個(gè)反應(yīng)制可利

6、用這個(gè)反應(yīng)制粗硅粗硅思考：思考：在這兩個(gè)反應(yīng)中二氧化硅作什么作用？在這兩個(gè)反應(yīng)中二氧化硅作什么作用？與某些鹽反應(yīng)：與某些鹽反應(yīng)：CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 (工業(yè)上制玻璃的主要反應(yīng)工業(yè)上制玻璃的主要反應(yīng))Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 狀態(tài)狀態(tài) 物理性質(zhì)物理性質(zhì)化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧化與堿性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)與酸反應(yīng)與酸反應(yīng) 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2 2NaOH = N

7、a2SiO3 H2OSiO2CaO=CaSiO3固固 態(tài)態(tài)熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低氣氣 態(tài)態(tài)熔點(diǎn)高、硬度大熔點(diǎn)高、硬度大 SiO24HF = SiF42H2O 人工降雨，滅火等人工降雨，滅火等 裝飾、石英坩堝、光纖裝飾、石英坩堝、光纖小結(jié)：小結(jié)：現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論化學(xué)方化學(xué)方程式程式滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無(wú)色，同時(shí)有白色膠狀沉淀產(chǎn)生淺至無(wú)色，同時(shí)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可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸。應(yīng)生成不溶于水的硅酸。Na2SiO3 + 2HCl =

8、 2NaCl + H2SiO3 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 思考：思考： Na2SiO3溶液通入溶液通入CO2 ，現(xiàn)象如何呢？，現(xiàn)象如何呢？（1）制法）制法（實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)4-1）2、 硅酸（硅酸（H2SiO3）-可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)（2）硅酸化學(xué)性質(zhì)）硅酸化學(xué)性質(zhì) 不穩(wěn)定（比不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解穩(wěn)定），受熱易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng) H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O【課堂練習(xí)課堂練習(xí)】1下列敘述正確的是（下列敘述正確的是（ ）A自然界存在大量單質(zhì)硅自然界存在

9、大量單質(zhì)硅BSiO2 與任何酸都不起反應(yīng)與任何酸都不起反應(yīng) C光導(dǎo)纖維被廣泛應(yīng)用于能量傳輸和信息傳輸光導(dǎo)纖維被廣泛應(yīng)用于能量傳輸和信息傳輸DSiO2 的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與很多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與很多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)C2下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來(lái)盛裝的是下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來(lái)盛裝的是( ) A. 燒堿溶液燒堿溶液 B. 濃硫酸濃硫酸 C. HF氫氟酸氫氟酸 D. 碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液3下列物質(zhì)中，主要成分不是下列物質(zhì)中，主要成分不是SiO2的是（的是（ ） A金剛砂金剛砂 B瑪瑙瑪瑙 C水晶水晶 D石英石英A【課堂練習(xí)課堂練習(xí)】SiCC4要除去要除去SiO2中混有的少量中混有

10、的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是（雜質(zhì)，最適宜的試劑是（ ） A純堿溶液純堿溶液 B鹽酸鹽酸 C氫氟酸氫氟酸 D苛性鈉溶液苛性鈉溶液B二、硅酸鹽二、硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多不溶于水。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多不溶于水。2.硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3), 又叫泡花堿，又叫泡花堿，其水溶液俗稱其水溶液俗稱水玻璃水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料是制備硅膠和木材防火劑等的原料。1.是由是由硅、氧和金屬硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。3.硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)（化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)（化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）（1）有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。）有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。（2）硅酸鹽易與酸反應(yīng)）硅

11、酸鹽易與酸反應(yīng) Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 4 4、硅酸鹽組成表示、硅酸鹽組成表示順序：順序：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物 SiO2 H2O 。（1）保持原有各元素化合價(jià)不變，按順序?qū)懗龈鞣N元素的氧化物）保持原有各元素化合價(jià)不變，按順序?qū)懗龈鞣N元素的氧化物如：如：硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3)Na2O SiO2 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）2MgO SiO2鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2OCaO Al2O3 3SiO23H2O（

12、）除氧元素外，其他元素的原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成，配置出（）除氧元素外，其他元素的原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成，配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。無(wú)機(jī)非無(wú)機(jī)非金屬材金屬材料料硅酸硅酸鹽鹽產(chǎn)產(chǎn)品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃陶瓷：原料陶瓷：原料黏土黏土玻璃：原料玻璃：原料純堿、石灰石和石英；純堿、石灰石和石英；水泥：原料水泥：原料黏土和石灰石；加適量黏土和石灰石；加適量石膏；石膏；5.用途用途具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì)1.碳化硅（碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。磨料。2.

13、2. 硅硅 鋼鋼 高導(dǎo)磁高導(dǎo)磁性性 用作變用作變壓器鐵芯壓器鐵芯4.4.分子篩分子篩吸附劑、催化劑吸附劑、催化劑 具有均勻微孔具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽鹽3.硅橡膠硅橡膠良好的彈性良好的彈性新型無(wú)機(jī)非金屬材料：新型無(wú)機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨三、硅單質(zhì)三、硅單質(zhì) 1、存在：硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種（自然界中沒(méi)有游離、存在：硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種（自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅）。態(tài)的硅）。 2、有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)、有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類似

14、于金剛石，熔點(diǎn)(1410)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。和沸點(diǎn)都很高，硬度大。 3、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。4、化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)-形成共價(jià)化合物，化學(xué)性質(zhì)不活潑形成共價(jià)化合物，化學(xué)性質(zhì)不活潑Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)加熱條件下，能跟一些非金屬單質(zhì)起反應(yīng)加熱條件下，能跟一些非金屬單質(zhì)起反應(yīng)Si+O2=SiO2 Si+2H2=SiH4高溫高溫(1)常溫下，只能與氟氣、氫氟酸和燒堿等物質(zhì)反應(yīng)。常溫下，只能與氟氣、氫氟酸和燒堿等物質(zhì)反應(yīng)。3、制法、制法SiO2 + 2C = Si + 2CO

15、（制取粗硅）（制取粗硅）高溫高溫4.4.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間, ,是良好的是良好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）1、制造光導(dǎo)纖維的主要原料是（、制造光導(dǎo)纖維的主要原料是（ ） A.晶體硅晶體硅 B.二氧化硅二氧化硅 C.石墨石墨 D.硅酸鈉硅酸鈉B2、下列說(shuō)法正確的是（）、下列說(shuō)法正確的是（）ASiO2溶于水顯酸性溶于水顯酸性BCO2通入水玻璃通入水玻璃(硅酸鈉的水溶液）可得硅酸硅酸鈉的水溶液）可得硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸DSiO2晶體中存在單個(gè)晶體中存在單個(gè)SiO2分子分