第四章第一節(jié)無機非金屬材料的主角——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)第二節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第四節(jié)歸納與整理歸納與整理無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角硅硅富集在海水中的元素富集在海水中的元素氯氯氨氨 硝酸硝酸 硫酸硫酸硫和氮的氧化物硫和氮的氧化物第一節(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硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley“斯坦福科研工業(yè)區(qū)斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計算機工是美國電子和計算機工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長南郊，圣克拉拉縣和圣胡

2、安兩城之間的一條長4848公公里，寬里，寬1616公里的長條形地帶上。由于它集中了全世公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界界9090以上的著名半導體公司，以上的著名半導體公司，而半導體的基本元而半導體的基本元件是硅片件是硅片, ,所以該地區(qū)被稱為硅谷。所以該地區(qū)被稱為硅谷。 硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，約占中大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的地殼質(zhì)量的90%以上。以上。（1 1）含量多，僅次于氧）含量多，僅次于氧 主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在 26.3% 26.3%巖石、沙子和土壤巖石、沙子和土壤

3、一、硅一、硅（3 3）無游離態(tài)，只有化合態(tài)）無游離態(tài)，只有化合態(tài)（2 2）分布廣）分布廣1.存在與分布存在與分布（親氧元素）（親氧元素）2 8 4 2 4+14+6Si C(1)(1)硅與碳的原子結(jié)構(gòu)相似，最外層均有硅與碳的原子結(jié)構(gòu)相似，最外層均有4 4個電子個電子(2)(2)既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價化合物四價化合物碳是構(gòu)成碳是構(gòu)成有機有機物物的主要元素的主要元素硅是構(gòu)成硅是構(gòu)成地殼地殼中巖石中巖石和礦物的主要元素和礦物的主要元素單質(zhì)硅有單質(zhì)硅有晶體硅晶體硅和和無定形硅無定形硅兩種。兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體

4、硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。熔點高熔點高(1410 C)、硬度大（結(jié)構(gòu)類似金剛石）、硬度大（結(jié)構(gòu)類似金剛石）、是半導體。是半導體。導電性介于導體和絕緣體之間。導電性介于導體和絕緣體之間。3.3.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：4.化學性質(zhì)：不活潑化學性質(zhì)：不活潑（1）常溫時）常溫時只與只與F2 、HF、強堿反應強堿反應（2）加熱時）加熱時能和能和O2、Cl2、C、Mg等反應等反應Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H25.硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法(1)制粗硅制粗硅SiO2+2C=Si+2CO高溫高溫(2)粗硅提純粗硅提純Si+2Cl

5、2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl6.用途：用途：(1)半導體材料半導體材料:硅芯片、集成電路、晶體管等硅芯片、集成電路、晶體管等(2)光電轉(zhuǎn)換材料：光電轉(zhuǎn)換材料：光電池等光電池等(3)合金：合金：硅鋼硅鋼（一）二氧化硅（一）二氧化硅(SiO2) 石英晶體是石英晶體是結(jié)晶的結(jié)晶的SiO2，無色透明的叫做無色透明的叫做水水晶晶，具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹慕校哂胁噬h(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇К旇Ф趸瓒趸? (硅石硅石) )結(jié)晶形結(jié)晶形無定形無定形瑪瑙瑪瑙水晶水晶二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸1.存在：存在：瑪瑙瑪瑙水晶水晶2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Si，3. 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：硬度大、熔

6、點高、不溶于水硬度大、熔點高、不溶于水（1）具有酸性氧化物的通性）具有酸性氧化物的通性4.化學性質(zhì)：化學性質(zhì)：穩(wěn)定，不與水及一般的酸反應穩(wěn)定，不與水及一般的酸反應（2）具有弱氧化性）具有弱氧化性SiO2 + 2C = Si + 2CO（3）特性）特性 與堿性氧化物反應生成鹽與堿性氧化物反應生成鹽SiO2 4HF = SiF42H2O與強堿反應生成鹽和水與強堿反應生成鹽和水（4）與固體鹽反應）與固體鹽反應(制玻璃制玻璃)高溫高溫高溫高溫5.用途：用途：(1)純凈的純凈的SiO2是現(xiàn)代光學及光纖制品的基是現(xiàn)代光學及光纖制品的基本原料，可以制作本原料，可以制作光導纖維光導纖維；(2)石英、瑪瑙制作飾

7、物和工藝品。石英、瑪瑙制作飾物和工藝品。二氧化碳二氧化碳CO2二氧化硅二氧化硅SiO2物質(zhì)分類物質(zhì)分類 與酸與酸反應反應與與堿性氧化堿性氧化物反應物反應與堿與堿反應反應與水與水反應反應均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反應不反應SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O不反應不反應玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 與與NaOHNaOH 反應反應生成有粘膠性的硅酸鈉生成有粘膠性的硅酸鈉學以致用學以致用 答：答：HFHF能腐蝕玻

8、璃，因此，盛裝氫氟酸不能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。 （3 3）某同學根據(jù)）某同學根據(jù)氫氟氫氟酸反應酸反應, ,推斷推斷 （1 1）為什么在實驗室中盛放為什么在實驗室中盛放NaOHNaOH 溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ （2 2）實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應生成鹽和水錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應生成鹽和水現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論反應式反應式 4-1 試管中加入試管中加入2 2L NaL Na2 2SiOSiO3 3飽和溶液，滴入飽和溶液，滴

9、入1 1滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸，邊滴邊振蕩，滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸，邊滴邊振蕩，至紅色變淺并接近消失停止，觀察現(xiàn)象。并填寫下表：至紅色變淺并接近消失停止，觀察現(xiàn)象。并填寫下表：1 1、制備、制備白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)H2SiO3 = SiO2 + H2O強酸制弱酸原理（酸性強酸制弱酸原理（酸性HClHClHH2 2SiOSiO3 3）H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2ONa2SiO3 + CO2+H2O =Na2CO3 +H2SiO3如何以如何以SiOSiO2 2為主要原料制取硅酸為主要原料制取硅酸 ? ?學以

10、致用學以致用SiOSiO2 2H H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 3硅酸鹽是由硅酸鹽是由硅、氧硅、氧和和金屬金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。 是一類結(jié)構(gòu)復雜的固態(tài)物質(zhì)，大多不溶于水，是一類結(jié)構(gòu)復雜的固態(tài)物質(zhì)，大多不溶于水，化學性質(zhì)很穩(wěn)定。化學性質(zhì)很穩(wěn)定。3. 硅酸鹽組成的表示方法：硅酸鹽組成的表示方法：硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復雜，為了方便記憶硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復雜，為了方便記憶和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成原則原則: : (1)(1)氧化物排列順序：氧化物排列順序：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧

11、化物較活潑金屬氧化物二氧化硅二氧化硅水水 (2) (2)氧化物之間用氧化物之間用“ “ ”隔開隔開 (3)(3)原子個數(shù)比不變原子個數(shù)比不變 (4) (4)化學計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)化學計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)如如:硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3） 可以寫成可以寫成 Na2OSiO2 請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3） 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4） 高嶺土高嶺土 Al2(Si2O5)(OH)4 練習：練習：實驗4-2放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當水分蒸發(fā)后當水

12、分蒸發(fā)后燃燒燃燒當水分蒸發(fā)后不易當水分蒸發(fā)后不易燃燒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4. 最常見的硅酸鹽最常見的硅酸鹽Na2SiO3 硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，水玻璃，又稱泡花堿，是一是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏性很強，可以作黏膠劑和木材防火劑。性很強，可以作黏膠劑和木材防火劑。新型陶瓷新型陶瓷人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié)高壓鈉燈高壓鈉燈w高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 1.氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷陶瓷機械零件陶瓷機械零件隨堂練習：隨堂練習：1 1、熔融燒堿應選用

13、的器皿是、熔融燒堿應選用的器皿是 ( ) ( ) A. A.石英坩堝石英坩堝 B.B.生鐵坩堝生鐵坩堝 C. C.普通玻璃坩堝普通玻璃坩堝 D.D.陶瓷坩堝陶瓷坩堝2 2、下列說法正確的是、下列說法正確的是 ( ) ( )A. A. 硅的化學性質(zhì)不活潑，在自然界中可以硅的化學性質(zhì)不活潑，在自然界中可以 以游離態(tài)存在以游離態(tài)存在B. B. 二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C. C. 二氧化硅溶于水顯酸性二氧化硅溶于水顯酸性D. D. 二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 B BB B3要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量

14、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硫酸硫酸 D苛性鈉溶液苛性鈉溶液 4下列反應能說明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反應能說明二氧化硅是酸性氧化物的是（ ）ASiO2 +2C=Si+2COB SiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2 +4HF=Si F4+2H2ODSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO25下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來盛裝的是下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來盛裝的是（ ）A燒堿溶液燒堿溶液 B濃硫酸濃硫酸 C氫氟酸氫氟酸 D碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液 B B C6制造光導纖維的主要原料是制造光導纖維的主要原料是（ ）A晶體硅

15、晶體硅 B二氧化硅二氧化硅 C石墨石墨 D硅酸鈉硅酸鈉7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)硅自然界存在大量單質(zhì)硅BSiO2 與任何酸都不起反應與任何酸都不起反應 C光導纖維被廣泛應用于能量傳輸和信息傳輸光導纖維被廣泛應用于能量傳輸和信息傳輸DSiO2 的化學性質(zhì)活潑，能與很多物質(zhì)的化學性質(zhì)活潑，能與很多物質(zhì) 發(fā)生化學反應發(fā)生化學反應BC8將過量的將過量的CO2分別通入分別通入 CaCl2溶液；溶液； Na2SiO3溶液；溶液； Ca(OH)2溶液；溶液； 飽和飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是（ ）A B C DB 玻璃

16、態(tài)物質(zhì)玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃玻璃 沒有固沒有固定的熔點。定的熔點。 沒有一定的沒有一定的熔點而在某一溫熔點而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體于晶體與非晶體之間。）之間。）實例實例特性特性定義定義玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃態(tài)物質(zhì)幾種常見玻璃簡介幾種常見玻璃簡介普通玻璃普通玻璃因因混有鐵的化合物顯淺綠色混有鐵的化合物顯淺綠色藍藍玻璃玻璃紅紅玻璃玻璃鉛玻璃鉛玻璃光學儀器玻璃光學儀器玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光纖玻璃光導纖維：光導纖維：1964年年8月華裔月華裔科學家高錕首先提出用玻科學家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導線，被璃纖維代替金屬導線，被譽為譽為“纖維光學之父纖維光學之父”。比頭發(fā)絲還細的一對光導比頭發(fā)絲還細的