第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角-硅

非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角________硅硅的存在與分布存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。圖4-1硅的廣泛存在從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅硅和碳一樣,其原子既不易失去電子，也不易得到電子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成四價化合物．CSi碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅結(jié)晶形（石英晶體）無定形——硅藻土、沙子水晶瑪瑙一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（SiO2）(1)存在:天然的SiO2稱為硅石硅石無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝钏К旇烊凰ё纤N薇石英茶晶黃水晶天然瑪瑙

每1個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，Si在中心,O在四個頂角.

同時每1個O原子周圍結(jié)合2個Si原子相結(jié)合。二氧化硅中硅原[SiO4]四面體結(jié)構(gòu)子與氧原子個數(shù)比為1：2，用SiO2來表示二氧化硅的組成,表示Si與O的原子個數(shù)比,不是分子式是化學(xué)式。[SiO4]四面體結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)（2）、結(jié)構(gòu)聯(lián)想-------沙子思考與交流二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)?二氧化碳CO2二氧化硅SiO2化學(xué)式的意義狀態(tài)硬度熔沸點(diǎn)相同點(diǎn)表示二氧化碳分子式及其組成表示二氧化硅晶體中硅氧原子個數(shù)比氣態(tài)固態(tài)很小很大能溶于水難溶于水很低很高(3)二氧化硅的物理性質(zhì)（與co2比較）

都屬酸性氧化物水溶性SiO2（4）、用途裝飾品石英坩堝光導(dǎo)纖維石英手表光學(xué)儀器耐磨器皿精密儀器軸承什么叫酸性氧化物？酸性氧化物的通性包括哪些方面（以CO2為例）與水、堿、堿性氧化物反應(yīng)討論(5)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（通常很不活潑）具有酸性氧化物的通性與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水SiO2

＋2NaOH=Na2SiO3

＋H2O

硅酸鈉與堿性氧化物（Ca0，Na20等）反應(yīng)生成鹽高溫SiO2＋CaOCaSiO3硅酸鈉俗稱泡花堿，有粘性，其溶液俗稱水玻璃難溶于水，不與水反應(yīng)設(shè)疑:實(shí)驗(yàn)室中盛放堿液的試劑瓶與盛放其它溶液的試劑瓶有何不同？為什么？實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞

NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。原因③在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)SiO2+Na2CO3==CO2

+Na2SiO3高溫SiO2+CaCO3===CO2

+CaSiO3高溫制造普通玻璃的反應(yīng)在高溫下能與還原劑反應(yīng)，表現(xiàn)弱氧化性SiO2+2C＝高溫Si+2CO↑SiO2+2Mg高溫＝Si+2MgOSiO2

＋4HF=

SiF4↑＋2H2O此反應(yīng)常用于雕刻玻璃

特性與氫氟酸HF反應(yīng)思考:實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？

HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。二氧化硅的危害：

在隧道開鑿，石英粉加工等工作環(huán)境下易形成含有二氧化硅的粉塵，人長期吸入含有二氧化硅的粉塵，就會患硅肺?。ㄅf稱矽肺）。1．制造光導(dǎo)纖維的主要原料是（

）

A．晶體硅B．二氧化硅

C．石墨D．硅酸鈉2．下列敘述正確的是（）A．自然界存在大量單質(zhì)硅B．SiO2

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D．SiO2

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)BC課堂練習(xí)：3、玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上進(jìn)行蝕刻，將其制成毛玻璃和雕花玻璃的物質(zhì)是()A、燒堿B、純堿C、氫氟酸D、鹽酸C思考二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)，那么，如何制得硅酸呢？

實(shí)驗(yàn)4-1：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸現(xiàn)象結(jié)論方程式①滴入酚酞溶液呈紅色①Na2SiO3溶液呈堿性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓

+2NaCl實(shí)驗(yàn)探究76頁②滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生②硅酸難溶于水生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠（能流動），當(dāng)硅酸的濃度較大時，就會形成硅酸凝膠（不能流動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠。硅膠的用途：76頁干燥劑（吸水），吸附劑（多孔），催化劑的載體。

把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，會有什么現(xiàn)象？現(xiàn)象結(jié)論方程式滴入硫酸有凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3↓

+Na2SO4活動與探究：

硅酸是一種比碳酸還要弱的酸。請利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的儀器及藥品，設(shè)計(jì)一個簡單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱用H2CO3可制得H2SiO3

，可證明H2SiO3

的酸性比H2CO3弱。SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2

（少）=Na2CO3+H2SiO3↓

反應(yīng)方程式Na2SiO3+2H2O+2CO2（足）

=2NaHCO3+H2SiO3↓

SiO32-+2H2O+2CO2=2HCO3-+H2SiO3↓SiO2+Na2CO3==CO2

+Na2SiO3高溫Na2SiO3+H2O+CO2（少）=Na2CO3+H2SiO3↓

原理：高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)原理：強(qiáng)酸制弱酸CO2通入下列各溶液中，無明顯現(xiàn)象發(fā)生的是（）A、氯化鈣溶液B、澄清石灰水C、硅酸鈉溶液D、偏鋁酸鈉溶液A課堂練習(xí)：2、下列說法正確的是（）A．SiO2溶于水顯酸性B．CO2通入水玻璃(硅酸鈉的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶體中不存在單個SiO2分子BD2.硅酸()硅酸是一種白色粉末狀的固體，它難溶于水；是一種弱酸（弱于碳酸），不能使指示劑變色。H2SiO3H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2OH2SiO3=SiO2+H2O1）物性：2）化性：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO33）硅酸的制取——由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得的。二、硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。硅酸鈉（Na2SiO3),

其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。1、定義：是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。實(shí)驗(yàn)4-2放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結(jié)論當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒當(dāng)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制備木材防火劑的原料2、硅酸鹽組成表示硅酸鈉（Na2SiO3)

鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2ONa2O

·SiO22MgO

·SiO2CaO

·Al2O3·3SiO2·3H2O

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2練習(xí)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃閱讀教材78-793、硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷玻璃水泥

3、硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷玻璃水泥

原料：純堿、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）設(shè)備：玻璃熔爐原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶體，無固定的熔點(diǎn)高溫SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑

高溫玻璃玻璃玻璃玻璃有色玻璃鋼化玻璃加入了不同的金屬氧化物普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻生產(chǎn)原料：石灰石、黏土（CaCO3、Al2O3·2SiO2·2H2O）生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：3CaO·SiO2

2CaO·SiO2

3CaO·Al2O3主要特性：水泥具有水硬性水泥水泥陶瓷原料：黏土條件：高溫?zé)Y(jié)陶器瓷器描述景德鎮(zhèn)的陶瓷有這樣一句話:薄如紙,聲如磬,色如玉.產(chǎn)品主要原料主要設(shè)備反應(yīng)條件主要成分水泥粘土、石灰石、石膏水泥回轉(zhuǎn)窯高溫硅酸三鈣：3CaO·SiO2硅酸二鈣：2CaO·SiO2鋁酸三鈣：CaO·Al2O3玻璃純堿、石灰石、石英玻璃窯高溫Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2硅酸鹽產(chǎn)品簡介

新型無機(jī)非金屬材料之一：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等航天飛機(jī)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用資料:兩年半前，正是由于塑料泡沫部件在發(fā)射時撞壞了一片防熱瓦，導(dǎo)致美國的“哥倫比亞”號返航時在空中解體。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷之所以在航天事業(yè)上的有如此優(yōu)秀的表現(xiàn),因?yàn)樗哂心透邷亍⒛脱趸?、超?qiáng)、超硬等優(yōu)點(diǎn)，它可以在各種惡劣環(huán)境下使用，同時，也是制造汽車發(fā)動機(jī)，噴氣發(fā)動機(jī)的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽車跑得更快，飛機(jī)飛得更高。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用超導(dǎo)陶瓷：所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時，它的電阻減小,當(dāng)溫度降到-269℃（液氮溫度，為4K）左右時，水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象．我國研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界溫度為77K，處于世界領(lǐng)先水平。超導(dǎo)陶瓷生物陶瓷這種陶瓷強(qiáng)度大,韌性好,與人體親和力好，目前它是人體骨骼和牙齒的重要移植材料。在這一領(lǐng)域我國處于世界領(lǐng)先水平。壓電陶瓷利用陶瓷，還可實(shí)現(xiàn)多種功能互換。如安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打即刻產(chǎn)生一個電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

材料是社會發(fā)展和人類進(jìn)步的

一種標(biāo)志材料科學(xué)和工程是人類科技文明生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推動器，新材料的發(fā)現(xiàn)和它的廣泛應(yīng)用常常會帶來社會生產(chǎn)的變革和新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)比如硅的出現(xiàn)就引發(fā)了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的一場革命

三、硅（Si）硅有晶體硅和無定形硅兩種１、物理性質(zhì)：（1）灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體（2）熔、沸點(diǎn)高、硬度大（3）晶體硅是良好的半導(dǎo)體2、化學(xué)性質(zhì)：(不活潑）常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿外不跟其他物質(zhì)如：氧氣、氯氣、硫酸等起反應(yīng)，但在加熱情況下，硅也能跟一些非金屬反應(yīng)。1)、與氟氣反應(yīng)：2)、與氫氟酸反應(yīng)：3)、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：4)、與氯氣反應(yīng)：5)、與氧氣反應(yīng)Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2Si+2Cl2==SiCl4Si+O2==SiO2Si+2F2==SiF45、化性↑3、用途---半導(dǎo)體性質(zhì)

制太陽能電池、變壓器鐵芯、集成電路、晶體管、硅整流器等。集成電路晶體管硅太陽能電池電腦的中央處理器（CPU）4、制備工業(yè)上：SiO2

粗硅SiCl4Si+C+Cl2

精餾+H2高溫高溫高溫Si02+2C==2CO+Si(含雜質(zhì)的粗硅)Si+2Cl2==SiCl4SiCl4+2H2==4HCl+Si(純度高的多晶硅)高溫高溫高溫練習(xí)1、下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的是（）①紅寶石②瑪瑙③鉆石④石英晶體⑤硅石⑥水晶⑦大理石⑧金剛砂⑨硅藻土⑩光導(dǎo)纖維