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1、第一节无机非金属材料的主角 硅 Si-26.30% 硅在地壳中含量第二，硅的氧化物及硅酸盐构成的 岩石、 沙子和土壤，约占地壳的90以上。 硅的存在与分布 存在：没有游离态，只有化合态 分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本 元素。 图 4-1 硅的广泛存在 碳和硅在自然界中存在形式有 所不同的原因是什么？ 碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更 强 Si无单质(游离态)状态 化合态：硅的氧化物和硅酸盐 硅和碳一样,其原子既不易失去电子，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 C Si 碳是构成有机物 的主要元素 硅是构成岩石和许 多矿物的主要元素 从原子结构认识硅
2、 硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体 2、熔、沸点高、硬度大 3、晶体硅是良好的半导体 常温下，硅的化学性质不活泼， 除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其 他物质如：氧气、氯气、硫酸等 起反应，但在加热情况下，硅也 能跟一些非金属反应。 一、硅单质 1、与氟气反应： 4、与氢氟酸反应： 5、与强碱溶液反应： 2、与氯气反应： 3、与氧气反应 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4 Si+O2=SiO2 高温 用途 集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料， 还可以制成太阳
3、能电池、硅的合金可用来制造 变压器铁芯等。 集成电路 晶体管 工业上： SiO2 粗硅 SiCl4 Si +C +Cl2 精馏+H2 高温 高温 高温 Si+2C = 2CO+Si(含杂质的粗硅) Si+2Cl2 = SiCl4 SiCl4+2H2=4HCl+Si(纯度高的多晶硅) 高温 高温 高温 纯硅的制备 （课本P81 9T） 粗硅提纯： 结晶形（石英晶体） 无定形硅藻土 水晶 玛瑙 二、 二氧化硅（ SiO2 ） 1、存在: 硅石 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结 晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石 。 每1个Si原子周围结合4个O原
4、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 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。 SiO4四面体结构 立体网状结 构决定了 SiO2具有优 良的物理和 化学性质 2、结构 3、SiO2的用途 制光导纤维制光导纤维 石英玻璃制化学仪器石英玻璃制化学仪器 制石英表、石英钟制石英表、石英钟 水晶制光学仪器和工艺品水晶制光学仪器和工艺品 玛瑙制精密轴承和装饰品玛瑙制精密轴承和装饰品 二氧化硅的用途二氧化硅的用途 物理性质:_ 化学稳定性:_ 通常条件下，很稳定 硬度大、熔点高、
5、难溶于水 4、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼） 1、具有酸性氧化物的通性 与强碱反应生成盐和水 SiO SiO 2 2 2NaOH = 2NaOH = Na Na 2 2 SiOSiO 3 3 HH 2 2 OO 硅酸钠硅酸钠 与碱性氧化物反应生成盐 （有粘性，其溶液俗称水玻璃） 高温高温 SiOSiO 2 2 CaOCaO CaSiOCaSiO 3 3 与盐反应 SiOSiO 2 2 2NaCO2NaCO 3 3 = Na Na 2 2 SiOSiO 3 3 COCO 2 2 高温 设疑: 实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛 放其它溶液的试剂瓶有何不同？ SiOSiO 2 2 4HF =4HF
6、= SiF42H2O 此反应常用于雕刻玻璃 2 2、 特性特性 与与氢氟酸氢氟酸HFHF反应反应 思考:实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 二氧化碳 CO2二氧化硅 SiO2 状 态态 气 态态 固 态态 熔沸点 硬度熔沸很低熔点高，硬度大 水 溶 性 能溶于水不溶于水 化 学 性 质质 与 酸 用 途 人工降雨，灭灭火,饮饮料 等 光导纤维导纤维 ，仪仪器， 工艺艺品 与水反应 与碱性氧化物 反应 与碱反应 CO2 + H2O = H2CO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+Na2O=Na2CO3 不能反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 能与氢氟酸反应 Si
7、OSiO 2 2 CaOCaO =CaSiOCaSiO 3 3 高温高温 二氧化硅和二氧化碳的性质比较 三、硅酸(H2SiO3 ) 硅酸是一种白色粉末状的固体，它 不溶于水；是一种弱酸，酸性比碳 酸还弱，不能使指示剂变色。 思考 二氧化硅难溶于水，又不 与水反应，那么，如何制得硅 酸呢？ 实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞 ，再滴入稀盐酸 现现 象 结结 论论 方程式 滴入酚酞溶液呈红色 Na2SiO3溶液呈碱性 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl 实验探究 滴入盐酸有凝胶产生 硅酸难溶于水 用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸性比H2C
8、O3弱。 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3 硅酸的制取由于SiO2不溶于水，所 以硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制 得的。 SiO32- + 2H+=H2SiO3 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动）， 当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动 ），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。 硅胶的用途： 干燥剂（吸水）， 吸附剂（多孔）， 催化剂的载体。 四、硅酸盐 结
9、构复杂，一般不溶于水，化学性质很 稳定。 硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水 玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原 料。 是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 实验4-2 放入蒸馏馏水放入Na2SiO3饱饱和溶 液 现现象 结结 论论 当水分蒸 发后燃烧 当水分蒸发后 不易燃烧 用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火 制备木材防 火剂的原料 2、硅酸盐组成表示 硅酸钠（Na2SiO3) 镁橄榄石（Mg2SiO4） 钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al
10、2O36SiO22H2O K(Al3Si3O10)(OH)2 传统无机非金属材料硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 阅读教材78-79 3、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥3、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥 生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：陶瓷窑 生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却 主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型 陶 瓷 生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2） 生产设备：玻璃熔炉 反应原理： 主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 主要特性：非晶体，无固定的熔点 高温 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3
11、+ CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温 玻 璃 有色玻璃有色玻璃 钢化玻璃钢化玻璃 加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化 再急速冷却 玻璃 生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 主要特性：水泥具有水硬性 水 泥 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 分子筛 具有均匀微 孔结构的铝硅 酸盐 碳化硅(金刚砂,SiC)：硬度大 硅钢：高导磁性 硅橡胶：良好的弹性 分子筛：吸附剂、催化剂 特殊功能的含硅物质 图 4-9既耐高温又耐低温 的硅橡胶制品 硅酸盐 无机非金 属材料 传统无机非 金属材料 新型无机非 金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷
