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1、第四章 非金属及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角硅,Si,从原子角度认识硅原子-原子结构,C,Si 既不易失去电子，也不易得到电子，所以,硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,水晶,玛瑙,一、二氧化硅和硅酸,1、二氧化硅,（1）存在和物性,（2）SiO2的化学性质: 酸性氧化物,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,SiO2 + 2OH- = SiO3 2- + H2O,1、实验室盛装NaOH 溶液的试剂瓶为什么 用橡胶塞而不用玻璃塞？,NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装 NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞
2、。 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,想一想,图 4-6 实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶,特性 SiO24HF=SiF42H2O,氢氟酸（HF）是唯一能与SiO2反应的酸,氢氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。,与盐反应：,与碳单质反应：弱氧化性,SiO2 + 2C = Si + 2CO,高温,每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。,硅原子,SiO2 正四面体,二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为1:2,用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示Si 与O的原子个数比,不是分子式,是化学式。,科学视野,二氧化硅的结构
3、,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,SiO2CaO=CaSiO3,固 态,熔点低,气 态,熔点高、硬度大,SiO2 4HF =SiF4 2H2O,人工降雨，灭火等,装饰、石英坩埚、光导纤维,【比较】二氧化碳和二氧化硅,高温,（3）二氧化硅的用途,石英研钵,光导纤维,坩埚,水晶,光导纤维、装饰、石英坩埚,光学纤维胃镜,2、硅酸(H2SiO3),酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。,H2SiO3是一种白色胶状物质，溶解度很小（白色沉淀）。,掌握：酸性强弱
4、顺序 HCl CO2 H2SiO3,（1）【实验4-1】制取原则：强酸制取弱酸,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状物质产生,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅酸沉淀。,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3（胶体）,SiO32- + 2H+ = H2SiO3 （胶体）,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,想一想,用什么实验事实能够证
5、明 硅酸的酸性比碳酸弱？,向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现 白色浑浊，即用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明 H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,酸制取酸原则：较强酸制取较弱酸，高沸点 制取低沸点。,（2）化学性质:,弱酸性：只能与强碱发生中和反应。,H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,不稳定：受热易分解。,（3）用途,硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。 常常用做干燥剂。,二、硅 酸 盐,1、定义：,硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称,2、性质：,硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的 可溶性硅酸盐是Na2SiO3、K2S
6、iO3。,3、表示方法：,（1）化学式法：,适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 硅酸钠： Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙： CaSiO3 CaOSiO2 高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正长石：KAlSiO3不能写 K2OAl2O33SiO2， 应写成K2OAl2O36SiO2,（2）氧化物法：,资料卡片,4、硅酸盐在自然界的转化,硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分
7、解,生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面积巨大且一般带负电，能吸附NH4+，K+等营养离子，从而具有保肥能力。,硅酸盐是如何具有保肥能力的？,思考,5、硅酸钠（Na2SiO3）,硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。,水分蒸发后燃烧,水分蒸干后不燃烧,硅酸钠能防火,水不能防火,（1）、硅酸钠的物理性质,【实验4-2】,（3）用途,可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的 黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂,与盐反应,与酸反应,Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl
8、 + H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl,（2）化学性质,三.无机非金属材料,（1）玻璃：,原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2) 设备：玻璃窑,有关反应的化学方程式：,Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2 主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 (Na2OCaO6SiO2),1、传统型硅酸盐材料：,（2）水泥：,原料：黏土、石灰石、石膏,设备：回转窑 石膏的作用： 调节水泥硬化速度。,（3）陶瓷： 原料：黏土为原料 设备：陶瓷窑,新型无机非金属材料：,新型陶瓷,高温结构陶瓷
9、、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,科学视野,新型无机非金属材料,特征：,耐高温、强度高；,具有电学性质；,具有光学性质；,具有生物功能；,2、新型材料： （1）具有特殊功能的含硅物质,碳化硅 （SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。 硅钢 （铁合金）导磁性良好， 用作变压器铁芯。,硅橡胶 最好的既耐高温又耐低温的橡胶。 分子筛 具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。,（2）新型结构陶瓷材料 高温、压电、透明、超导,氧化铝陶瓷(人造刚玉)：,氧化铝(Al2O3)陶瓷,氮化硅(Si3N4)陶瓷,四、硅单质 晶体硅是良好的半导体材料,1.硅的存在和状态：,在自然界中硅元素只有化合态，无游离态； 单质硅也有晶体硅和无定形硅。,2.物理性质：,单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。,3.化学性质：,在常温下,硅的化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸和强碱外,硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。即：,4.工业制粗硅：,SiO2+2C = Si+2CO,粗硅提纯：,Si+2Cl2= SiCl4,SiCl4+2H2= Si+4HCl,高温,高温,高温, Si+4HF=SiF4+2H2, Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,Si+O2=SiO2,5.硅的用途：半导体材料,硅芯片是各种计算机、 微电子产品的核心。,硅太阳能电池,
