第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料主角——硅

1、第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角硅硅第四章第四章 非金屬及其化合物非金屬及其化合物 硅元素在地殼中含量第二，為硅元素在地殼中含量第二，為26.3%。硅的氧化物及硅酸鹽占地殼質(zhì)量的硅的氧化物及硅酸鹽占地殼質(zhì)量的90%以上。以上。地球生物生存的根基地球生物生存的根基硅酸鹽、空氣、水、陽光硅酸鹽、空氣、水、陽光從原子角度認(rèn)識硅原子從原子角度認(rèn)識硅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，所以所以,硅硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成四價(jià)化合物主要形成四價(jià)化合物CSi思考：思考： 碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因碳和硅在自然界中存在形式有所

2、不同的原因是什么？是什么？碳和硅都是親氧元素但是硅的親氧能力更碳和硅都是親氧元素但是硅的親氧能力更強(qiáng)強(qiáng)Si無單質(zhì)狀態(tài)無單質(zhì)狀態(tài)化合態(tài)：硅的氧化物和硅酸鹽化合態(tài)：硅的氧化物和硅酸鹽天天然然的的 SiO2 硅硅石石有結(jié)晶形（石英晶體）有結(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一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）(1)存在存在地球上存在的天然二氧化硅稱為（統(tǒng)稱為）硅石硅石結(jié)晶形（石英）結(jié)晶形（石英）無定形無定形無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇?2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 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

3、在中心在中心,O在四個(gè)頂角在四個(gè)頂角.同時(shí)每同時(shí)每1個(gè)個(gè)O原子周圍結(jié)合原子周圍結(jié)合2個(gè)個(gè)Si原子相原子相結(jié)合結(jié)合。SiO2四面體四面體 P75 二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1,用用SiO2來表示二氧來表示二氧 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。(3)性質(zhì)性質(zhì) SiO2是一種是一種堅(jiān)硬難熔堅(jiān)硬難熔的固體的固體,不溶于水，不溶于水，純凈的二氧化硅無色透明。純凈的二氧化硅無色透明。A、 SiO2的的物理性質(zhì)物理性質(zhì)：與與CO2對比對比二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化學(xué)式化學(xué)式化學(xué)式的化學(xué)

4、式的意義意義通常狀況通常狀況下的狀態(tài)下的狀態(tài)硬度硬度水溶性水溶性熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)二氧化硅和二氧化碳的比較二氧化硅和二氧化碳的比較CO2SiO2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(gè)數(shù)比中硅氧原子個(gè)數(shù)比氣態(tài)氣態(tài)固態(tài)固態(tài)很小很小很大很大可溶于水可溶于水不溶于水不溶于水很低很低很高很高回憶回憶：CO2的主要化學(xué)性質(zhì)的主要化學(xué)性質(zhì)（有粘性）有粘性）【問題問題】某同學(xué)根據(jù)某同學(xué)根據(jù)氫氫氟酸反應(yīng)氟酸反應(yīng),推斷推斷3、弱氧化性：弱氧化性：SiO2 + 2C Si + 2CO高溫高溫二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 狀態(tài)狀態(tài)氣態(tài)氣態(tài)固態(tài)固態(tài)物理性質(zhì)物理性質(zhì)熔

5、點(diǎn)低熔點(diǎn)低熔點(diǎn)高，硬度熔點(diǎn)高，硬度大大化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與水反應(yīng)與水反應(yīng)與堿性氧與堿性氧化物反應(yīng)化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不能不能能能能能與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)只與只與HF反應(yīng)反應(yīng) 用途用途人工降雨，滅火等人工降雨，滅火等P75,圖圖4-5SiO2的廣泛的廣泛應(yīng)用應(yīng)用現(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)纖維胃鏡用光導(dǎo)纖維做用光導(dǎo)纖維做無開刀手術(shù)無開刀手術(shù)光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈想一想想一想2、實(shí)驗(yàn)室為什么、實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？氫氟酸？1、實(shí)

6、驗(yàn)室盛裝、實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？而不用玻璃塞？ HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。塑料瓶。 NaOH溶液能與玻璃中的溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。橡膠塞。酸溶液酸溶液堿溶液堿溶液鹽溶液鹽溶液2、硅酸（、硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的對應(yīng)水化物（的對應(yīng)水化物（ SiO2

7、是是H2SiO3的酸酐），是一種不溶性酸，是一的酸酐），是一種不溶性酸，是一種白色固體，其酸性比種白色固體，其酸性比H2CO3還弱。還弱。（1）制法）制法可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)：可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)：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(shí)有白色膠狀沉淀產(chǎn)生液紅色變淺至無色，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應(yīng)生成不溶于、可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸。水的硅酸。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-1Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO

8、3（膠體）（膠體）（2 2）、）、H H2 2SiOSiO3 3 的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)硅酸溶膠硅酸溶膠（能流動(dòng)）（能流動(dòng)）硅酸硅酸硅酸凝膠硅酸凝膠（不能流動(dòng)）（不能流動(dòng)）硅膠硅膠聚合聚合濃度增大濃度增大干燥脫水干燥脫水硅膠的應(yīng)用硅膠的應(yīng)用干燥劑干燥劑吸附劑吸附劑催化劑載體催化劑載體（吸水）（吸水）（多孔）（多孔）酸性很弱，只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)酸性很弱，只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng) H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O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 用用H2CO3可制得可制得H2SiO3 ，可證明，可證明酸性：酸性：H2SiO3 H2CO

9、3SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3SiO32- + 2H+ = H2SiO3H2SiO3 = H2O + SiO2（3 3）、）、H H2 2SiOSiO3 3 的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)二、硅酸鹽二、硅酸鹽硅酸鈉（硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3）：）： 性質(zhì)：可溶于水，水溶液呈堿性。性質(zhì)：可溶于水，水溶液呈堿性。硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大多不溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大多不溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)

10、定。水玻璃水玻璃 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液 用途：木材防火、黏膠劑等用途：木材防火、黏膠劑等 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4 42P772P77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)象現(xiàn)象燃燒燃燒無明火，不燃燒無明火，不燃燒結(jié)論結(jié)論NaNa2 2SiOSiO3 3不易燃燒，不易燃燒，可作防火劑可作防火劑硅酸鹽工業(yè)硅酸鹽工業(yè)1 1、玻璃：、玻璃： 原料：純堿、石灰石和石英原料：純堿、石灰石和石英 反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3+SiO+

11、SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2 主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2 （NaNa2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2） 2 2、水泥：、水泥：主要原料：粘土和石灰石主要原料：粘土和石灰石 石膏石膏作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度3 3、陶瓷：、陶瓷：主要原料：粘土主要原料：粘土 4 4、特殊含硅化合物、特殊含硅化合物碳化硅碳化硅SiCSiC，俗名，俗名金剛砂，金剛砂，具有的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（與金剛石，二氧化硅相似）（與金剛石，二氧化硅相似）， 硬度大，熔點(diǎn)高。硬

12、度大，熔點(diǎn)高。高溫高溫NaNa2 2SiOSiO3 3 : Na: Na2 2OSiOOSiO2 2AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 : : AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O OCa(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010)3H)3H2 2O KAlSiO KAlSi3 3O O8 8 鈣沸石鈣沸石正長石正長石高嶺石高嶺石將硅酸鹽改寫成氧化物形式：將硅酸鹽改寫成氧化物形式： 金屬氧化物金屬氧化物 二氧化硅二氧化硅水水三、硅三、硅 1 1、存在和狀態(tài)：、存在和狀態(tài)：(1)(1)只有化合態(tài)，無游離態(tài)；只有化合態(tài)，無游離態(tài)

13、；(2)(2)晶體硅和無定型硅。晶體硅和無定型硅。2 2、物理性質(zhì)：、物理性質(zhì)：灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高?；液谏?，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高。3 3、化學(xué)性質(zhì)：、化學(xué)性質(zhì)：不活潑不活潑加熱時(shí)：與某些非金屬反應(yīng)加熱時(shí)：與某些非金屬反應(yīng)Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 24 4、用途：、用途：半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料5 5、工業(yè)制粗硅（課本練習(xí)、工業(yè)制粗硅（課本練習(xí)P81P81）：）：SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高溫高溫粗硅提純：粗硅提純：Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4高溫高溫SiClSiCl4 4+2H+2

14、H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高溫高溫SiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiClSiCl4 4 Si Si+C +Cl+C +Cl2 2 精餾精餾+H+H2 2高溫高溫高溫高溫高溫高溫 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2、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（ ）A.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：CO2 SiO2 B.酸性：酸性：H2SiO3 H2CO3C.熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.導(dǎo)電能力：導(dǎo)電能力：Si Cu3、下列物質(zhì)中、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來盛裝的是不能用