第一節(jié)__無(wú)機(jī)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) 無(wú)機(jī)非金屬材料的無(wú)機(jī)非金屬材料的主角主角硅硅 硅在地殼中的含量為硅在地殼中的含量為26.3%26.3%，僅次于氧。硅的氧化物，僅次于氧。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，約占及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的地殼質(zhì)量的90%90%以上。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演以上。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主要的角色。硅及其化合物都有哪些性質(zhì)和用途呢？著主要的角色。硅及其化合物都有哪些性質(zhì)和用途呢？美國(guó)硅谷美國(guó)硅谷1.1.掌握掌握SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的

2、主要性質(zhì)。的主要性質(zhì)。（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）2.2.認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的用途。的用途。3.3.了解硅酸鹽的主要性質(zhì)。了解硅酸鹽的主要性質(zhì)。無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土天天然然的的 SiOSiO2 2 1.1.二氧化硅（二氧化硅（SiOSiO2 2）（1 1）二氧化硅的存在）二氧化硅的存在一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）水晶水晶瑪瑙瑪瑙統(tǒng)稱硅石統(tǒng)稱硅石（2 2）二氧化硅的結(jié)構(gòu)）二氧化硅的結(jié)構(gòu)SiOSiO2 2是由是由SiSi和和O O按按1 1：2 2的比例組成的立體空間的比例組成的立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沒(méi)有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沒(méi)

3、有SiOSiO2 2 分子存在，只存在硅、分子存在，只存在硅、氧原子。氧原子。SiOSiO2 2的晶體結(jié)構(gòu)圖的晶體結(jié)構(gòu)圖【科學(xué)視野】石英研缽石英研缽光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（3 3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途坩堝坩堝水晶水晶根據(jù)根據(jù)SiOSiO2 2的存在和用途的存在和用途, ,請(qǐng)你分析以下問(wèn)題請(qǐng)你分析以下問(wèn)題:SiO:SiO2 2具具有哪些物理性質(zhì)有哪些物理性質(zhì)? ?化學(xué)穩(wěn)定性如何化學(xué)穩(wěn)定性如何? ? 將你的認(rèn)識(shí)寫將你的認(rèn)識(shí)寫在下面的橫線上在下面的橫線上, ,并與同學(xué)交流。并與同學(xué)交流。物理性質(zhì)物理性質(zhì):_:_化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性:_:_不溶于水不溶于水 硬度大硬度大 熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高很穩(wěn)定很穩(wěn)定【

4、思考與交流】SiOSiO2 2 2NaOH = Na2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O（4 4）SiOSiO2 2的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì): : 酸性氧化物酸性氧化物SiOSiO2 2 CaO = CaSiOCaO = CaSiO3 3高溫高溫實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOHNaOH溶液的試劑瓶為什么用溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？橡膠塞而不用玻璃塞？【提示提示】因?yàn)椴Ａе泻幸驗(yàn)椴Ａе泻蠸iOSiO2 2，會(huì)與，會(huì)與NaOHNaOH溶液反應(yīng)溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開(kāi)。生成硅酸鈉，使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開(kāi)?！鞠胍幌搿刻匦蕴匦許iOSi

5、O2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O 氫氟酸（氫氟酸（HFHF）是唯一能與是唯一能與SiOSiO2 2反應(yīng)的酸反應(yīng)的酸此反應(yīng)常用于刻蝕玻璃。此反應(yīng)常用于刻蝕玻璃。由于由于SiOSiO2 2既可與堿反應(yīng)既可與堿反應(yīng), ,也可與氫氟酸反應(yīng)也可與氫氟酸反應(yīng), ,所以所以SiOSiO2 2為兩性氧化物，這種說(shuō)法是否正確為兩性氧化物，這種說(shuō)法是否正確? ?【提示提示】這種說(shuō)法不正確。這種說(shuō)法不正確。 SiOSiO2 2雖然能與雖然能與氫氟酸反應(yīng)，但產(chǎn)物氫氟酸反應(yīng)，但產(chǎn)物SiFSiF4 4不是鹽，所以不是鹽，所以SiOSiO2 2只是酸性氧化物。只是酸性氧化物?！鞠胍幌搿颗c鹽反應(yīng)

6、：與鹽反應(yīng)： NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + CO+ CO2 2 CaCO CaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO + CO2 2 高溫高溫 高溫高溫弱氧化性：弱氧化性：SiOSiO2 2 + 2C = + 2C = Si + 2COSi + 2CO高溫高溫2.2.硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）(1)(1)制?。褐迫。褐迫≡恚褐迫≡恚狠^強(qiáng)酸制較弱酸。較強(qiáng)酸制較弱酸?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液由紅色變淺

7、至無(wú)色，同入稀鹽酸，溶液由紅色變淺至無(wú)色，同時(shí)有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生。時(shí)有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生。化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3分析以上制取原理，若將分析以上制取原理，若將COCO2 2通入通入 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中有溶液中有何現(xiàn)象何現(xiàn)象? (? (提示提示: : 碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸的酸性碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸的酸性) ) 【提示提示】有白色膠狀沉淀產(chǎn)生。由于碳酸的酸性強(qiáng)有白色膠狀沉淀產(chǎn)生。由于碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以會(huì)發(fā)生反應(yīng)：于硅酸，所以會(huì)發(fā)生反應(yīng)： NaNa2 2SiOSiO3 3+

8、H+H2 2O+COO+CO2 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2SiOSiO3 3 【想一想】H H2 2SiOSiO3 3 + 2NaOH = Na+ 2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3 + 2H+ 2H2 2O O不穩(wěn)定：受熱易分解。不穩(wěn)定：受熱易分解。 H H2 2SiOSiO3 3 = H= H2 2O + SiOO + SiO2 2（2 2）化學(xué)性質(zhì)）化學(xué)性質(zhì): :弱弱酸性：只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)。酸性：只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)。 生成的硅酸逐漸聚生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠，經(jīng)合而形成硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為膠，稱為“

9、硅膠硅膠”。常。常常用作干燥劑。也可用常用作干燥劑。也可用作催化劑的載體。作催化劑的載體。（3 3）用途）用途硅酸鹽硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。穩(wěn)定。1.1.最簡(jiǎn)單的硅酸鹽：硅酸鈉（最簡(jiǎn)單的硅酸鹽：硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3) ) 其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料，還可以作為礦物膠。劑等的原料，還可以作為礦物膠。硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱?？偡Q。二、硅酸鹽二、硅酸鹽硅酸鈉的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)硅酸鈉的性質(zhì)實(shí)驗(yàn) 取兩個(gè)小木條或?yàn)V

10、紙條，分別放入蒸餾水和取兩個(gè)小木條或?yàn)V紙條，分別放入蒸餾水和NaNa2 2SiOSiO3 3飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干（不再滴液）后，同時(shí)分別放置在酒精燈外焰瀝干（不再滴液）后，同時(shí)分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。處。觀察現(xiàn)象。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)象結(jié)論結(jié)論當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒 當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒用水玻璃浸泡過(guò)的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過(guò)的木材或織物可防火（制備木材防火劑的原料）（制備木材防火劑的原料）（1 1）玻璃：）玻璃：普通玻璃普通玻

11、璃: :以純堿以純堿(Na(Na2 2COCO3 3) )、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2) )為為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得。原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得。 NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )2.2.硅酸鹽工業(yè)硅酸鹽工業(yè)（傳

12、統(tǒng)型硅酸鹽材料）（傳統(tǒng)型硅酸鹽材料）有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：高溫高溫高溫高溫以黏土和石灰石為主要原料以黏土和石灰石為主要原料 經(jīng)研磨、混合后在經(jīng)研磨、混合后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量石膏，研再加入適量石膏，研成細(xì)粉就得到水泥。成細(xì)粉就得到水泥。 石膏的作用是調(diào)節(jié)石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度。水泥硬化速度。（2 2）水泥：）水泥：（3 3）傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷： 傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷是以傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷是以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)ね翞樵?，?jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。日常生活中常見(jiàn)的陶瓷有日用器皿、建結(jié)而成。日常生活中常見(jiàn)的陶瓷有日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具等。筑飾材

13、、衛(wèi)生潔具等。（4 4）具有特殊功能的含硅物質(zhì)：）具有特殊功能的含硅物質(zhì)：碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗稱金剛砂），具有俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。作砂紙、砂輪的磨料。硅鋼硅鋼 （鐵合金）導(dǎo)磁性良好，（鐵合金）導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯。用作變壓器鐵芯。硅橡膠硅橡膠最好的既耐高溫又耐最好的既耐高溫又耐 低溫的橡膠。低溫的橡膠。 分子篩分子篩具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽。鋁硅酸鹽。1.1.硅的存在和狀態(tài)：硅的存在和狀態(tài)：(1)(1)在自然界中硅元素只有化合態(tài)，無(wú)游離態(tài)；在自然界中硅元素只有化合態(tài)，無(wú)游離態(tài)；(2)(2)

14、與碳相似，單質(zhì)硅也有晶體硅和無(wú)定形硅。與碳相似，單質(zhì)硅也有晶體硅和無(wú)定形硅。2.2.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：?jiǎn)钨|(zhì)硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的單質(zhì)硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)較高。固體，熔沸點(diǎn)較高。三、硅單質(zhì)三、硅單質(zhì)( (晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料) )3.3.化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：在常溫下在常溫下, ,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑, ,除氟氣、氫氟酸除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外和強(qiáng)堿外, ,硅不跟其他物質(zhì)如氧氣、氯氣、硫酸、硅不跟其他物質(zhì)如氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等起反應(yīng)。硝酸等起反應(yīng)。SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO高溫

15、高溫粗硅提純：粗硅提純：Si+2ClSi+2Cl2 2= SiCl= SiCl4 4高溫高溫SiClSiCl4 4+2H+2H2 2= Si+4HCl= Si+4HCl高溫高溫4.4.工業(yè)制粗硅：工業(yè)制粗硅：5.5.硅的用途硅的用途硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心。微電子產(chǎn)品的核心。硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池一、一、SiOSiO2 2和和H H2 2SiOSiO3 3SiOSiO2 2酸性氧化物可以與酸性氧化物可以與HFHF反應(yīng)反應(yīng)H H2 2SiOSiO3 3比碳酸還弱的酸比碳酸還弱的酸三、單質(zhì)硅三、單質(zhì)硅結(jié)構(gòu)與金剛石的相似結(jié)構(gòu)與金剛石的相似二、硅酸鹽工業(yè)二、硅酸鹽工業(yè)

16、1.1.下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是( )( )A.A.二氧化硅溶于水顯酸性二氧化硅溶于水顯酸性B.B.二氧化碳通入水玻璃二氧化碳通入水玻璃(Na(Na2 2SiOSiO3 3的水溶液的水溶液) )可以可以得到原硅酸得到原硅酸C.C.因?yàn)楦邷貢r(shí)因?yàn)楦邷貢r(shí), ,二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳化碳, ,所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)D.D.二氧化硅是酸性氧化物二氧化硅是酸性氧化物, ,它不溶于任何酸它不溶于任何酸B B2 2. .硅酸鈉溶液俗稱水玻璃硅酸鈉溶液俗稱水玻璃, ,呈堿性。下列物質(zhì)中呈堿性。下列物質(zhì)中, ,能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放的是能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放的是( )( )A.A.濃硫酸濃硫酸 B.B.水玻璃水玻璃 C.C.氫氟酸氫氟酸 D D 苛性堿苛性堿A A 3.3.將過(guò)量的將過(guò)量的COCO2 2分別通入：分別通入：CaClCaCl2 2溶液；溶液；NaNa2 2SiOSiO3 3溶液；溶液；Ca(OH)Ca(OH)2 2溶液；飽和溶液；飽和NaNa2 2COCO