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1、第1节 硅 无机非金属材料,第4章 材料家族中的元素,光导纤维,水 晶 制 品,硅元素(silicon)在地壳中的含量,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。,问题,1 硅以什么形态存在于自然界中？ 2 硅单质有几种同素异形体？ 3 硅的导电性怎样？,1、只有化合态，无游离态；在地壳中含量居第二位。,2、两种同素异形体：晶体硅和无定行硅。,3 、导电性介于导体和绝缘体之间。,硅单质的图片:,一、认识硅 1、单质硅的物理性质 灰黑色 硬而脆 有金属光泽的固体 熔点、沸点高 硬度大，是良好的半导体材料,最外层电子数是4，碳也是。,思考2： 碳、硅原子主要
2、显几价？,正四价（+4价）,思考1： 硅原子原子核外电子排布情况是怎样的？ 我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,2、化学性质：,常温下不活泼,(1)常温下：(知识介绍）,Si+2F2=SiF4, Si+4HF=SiF4 +2H2,Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2,注：其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、 HNO3等常温下都不与硅起反应。,2) 在高温或加热条件下，硅的化学性质比较活泼，能与O2 、Cl2 、H2等非金属单质反应。,Si+2H2=SiH4,高温,3.用途,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料,硅太
3、阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,硅钢 导磁性良好，用作变压器铁芯,4、工业制粗硅：,粗硅提纯,Si+2Cl2=SiCl4,SiCl4+2H2=Si+4HCl,高温,高温,二氧化硅(SiO2),二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山,二、二氧化硅与光导纤维,硅石,玛瑙,水晶,石英,SiO2是硅最重要的化合物，天然存在的叫硅石，有晶体和无定形两大类。,硅石,晶体（石英）,无定形（硅藻土）,水晶,玛瑙,石英是结晶的二氧化硅，包括水晶（无 色透明）和玛瑙（彩色）。沙子中含有小粒的石英晶体。,（一） SiO2,水晶,玛瑙,玛
4、瑙,水晶,晶体二氧化硅,硅藻土 由硅藻的细胞壁沉积形成，呈浅黄色或浅灰色， 广泛用做催化剂的载体及绝缘材料。 全国10个省(区) 有硅藻土矿产出。 仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%， 云南、福建、河北等地次之。,无定形二氧化硅,纯的二氧化硅是无色、坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,1.物理性质：,二、二氧化硅,二氧化硅,Si,O,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定,2.化学性质,不与水反应,SiO2 + CaO = CaSiO3,SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O,高温,是酸性氧化物 具有酸性氧
5、化物的通性，与碱及碱性氧化物反应,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。Na2SiO3俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液俗名“水玻璃”，是一种矿物胶，可做黏合剂。, 不与酸反应（除氢氟酸以外）,SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3,高温,SiO2 + CaCO3 = CO2 + CaSiO3,高温,你知道吗？ 玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系？,弱氧化性,SiO2 +2C
6、 = Si + 2CO ,高温,工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户”！,3、二氧化硅的用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。,石 英 制 品,水 晶 制 品,硅酸(H2SiO3)和原硅酸(H4SiO4)是不溶于水且比碳酸酸性还弱的弱酸，其酸酐都是SiO2。 原硅酸是一种白色胶状物质，硅酸是白色粉末状固体，都不溶与水. 硅酸和原硅酸均不稳定，易分解，原硅酸在干燥空气中分解生成硅酸，硅酸加热分解生成SiO2。 H4SiO4=H2SiO3+H2O， H2SiO3=SiO2+H2O,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”
7、。,用途：,硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。,硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？,实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中,现象：透明的硅酸凝胶生成,方程式：,Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 +Na2CO3,你的结论：,硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱,练习,1、能溶解硅且能放出氢气的是 （ ） A、浓盐酸 B、稀硫酸 C、氢氟酸 D、浓烧碱,CD,2、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（ C ） A.HF溶液 B.KOH溶液 C.盐酸 D.水玻璃,课堂练习,3、下列说法正确的是（ ） A.Si
8、O2是酸性氧化物，所以可以和碱反应， 不和任何酸反应。 B.CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 C.SiO2对应的酸有不同的组成 D.SiO2跟水反应可得硅酸,BC,4、在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为_。 解析：玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的会形成白色斑点。 答案：Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3,
