硅及其化合物

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1、武汉龙文教育学科辅导讲义授课对象授课教师授课时间授课题目课型使用教具教学目标教学重点和难点参考教材教学流程及授课详案第一节无机非金属材料的主角时间分配及备注硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。其中具有代表性的是 其中的两位兄长。碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有 机界”。其构成的煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石。而它的弟弟-硅， 地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤，“统治了地壳”，而当今硅 酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。画出C、Si的原子结构简图，

2、并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化 合价主要是多少？Si原子最外层有四个电子，既不易失电子,也不易得电子，所以，硅的化学性质不活泼。主要 形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气 氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。思考常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质(金刚石)存在，而硅却没有，说明了什么？单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢 固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏， 所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式

3、存在，没有游离态的硅。下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )(1)存在SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12%，其存在 形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。(图4-34-4)水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成的纤龙文教育教育是一项良心工程中小学1对1课外辅导专家维在电信行业的应用等。(2)用途厂 结晶形：玛瑙、石英、水晶硅石 Y无定形：硅藻土、制光导纤维、石英表、石英钟、石英玻璃制化学仪器、水晶制光

4、学仪器和工艺品、玛瑙制精密轴承和装饰品结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是Sio2的知识，思考一下，Sio2的物理性质 有哪些，注意与co2进行比较研究(3)物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？主要取决于结构的不同oCO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2是SiO轰示硅原子图1平面结构四面体结构SiOSiO4四面体：每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心Q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。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2： 1,通常用SiO2来表示二氧化硅的组成.(4)

5、结构：空间网状结构我们说，结构决定性质，SiO2的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决定 了其化学性质的稳定性。(5)化学性质：稳定，不活泼具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) 与强碱反应：Si0+2Na0H=NaSi0+H02232与碱性氧化物反应：SiO2+CaO鼻產CaSiO3SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比如酸性氧化物一般不与酸反中小学1对1课外辅导专家应，而Sio2却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻璃的反应原理与 HF 的反应：SiO +4HF=SiF t +2H O242除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应 弱氧化性：Si

6、O2+2C=纶Si +2CO t （工业上制粗硅） 与某些盐反应：NaCO+SiO 高產NaSiO+CO t232232CaCO+Si高 CaSiO+CO t （工业上制玻璃的主要反应）思考1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？2、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？刚才我们提到SiO2不能溶于h2o得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一 种怎样制得的酸呢？2、硅酸（H2SiO3）H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色 粉末状的固体。硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。SiO2不溶于水且

7、不和水反应，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备co2的方法来 设想一下？初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一种很 弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢？P76实验4-1实验4-1：向饱和Na SiO溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸23滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状 物质生成Na SiO溶液呈碱性，与酸反应生成了 HSiO且HSiO难溶232323于水Na SiO +2HCl=H SiO ； +2NaCl2323若改向Na SiO溶液中滴加H SO会有什么现象呢?2324Na SiO +2HCl=2NaCl+H SiO ；2323NaS

8、iO+H SO =Na SO +HSiO ；23242423所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体一硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔,吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。+SiO2如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2 :HSiO HO2232硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，用CO溶于水产生HCO，而HCO的酸性比HSiO的2232323酸性强，可以将CO通入到NaSiO的溶液中。223Na SiO +CO +H O=Na CO +HSiO ；23222323课堂练习1、制

9、造光导纤维的主要原料是(A.晶体硅 B.二氧化硅2、下列说法正确的是(C.石墨D.硅酸钠B. CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液)可得硅酸A. SiO2溶于水显酸性C. SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸3、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是(A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸D. SiO2晶体中不存在单个SiO2分子 )D.碳酸钠溶液4、要除去SiO2中的CaO杂质，最适宜的试剂是(D.苛性钠溶液A.纯碱溶液B.盐酸C.硫酸5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚(D.陶瓷坩埚A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚 C.铁坩埚6、CO2通入下列各溶液中,不可能产生沉淀的是D.氯化钙溶液A.石灰水B.饱和

10、碳酸钠溶液C.硅酸钠溶液二、硅酸盐1、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，性质很稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠，下面我们主要研究一下硅酸钠的性质2、硅酸钠(1) 物理性质：白色固体，易溶于水，水溶液俗称水玻璃P77 实验 4-2、放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧结论用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火(2)化学性质：相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成3、表示方法:中小学1对1课外辅导专家书写顺序：活泼金属氧化物在前，不活泼金属

11、氧化物在后，非金属氧化物在金属氧化物 后，水在最后方法：找组成元素 写成氧化物的形式，各氧化物前的计量系数不能用分数 原子个数比不变 检查有无遗漏请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成： 硅酸钠【NaSiO23镁橄榄石【MgSiO】24高岭土【Al (Si O)(OH)】2254正长石【KAl(SiO)3 8硅酸盐材料具有很多优良的性能，为我们的生活、为人类的科技进步作出了很大的贡 献。受传统陶瓷某些特殊性能的启发，科技工作者在此基础上进行了一次又一次的创新, 又研制出了许多种组成不同、性能更特殊的新型陶瓷。请大家阅读教材P77上的科学视 野。传统硅酸盐材料：(1) 陶瓷：日用器皿、建筑饰材、卫

12、生洁具(2) 玻璃：以石英、石灰石、纯碱为主要原料(3) 水泥：以黏土和石灰石为主要原料 具有特殊功能的含硅物质：(1) 碳化硅(金刚砂)(2)硅钢：导磁性良好，用作变压器铁芯(3)硅橡胶(4)分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐(5)生物陶瓷：人造骨虽然硅的化合物很多，随处可见，而且从远古时期人类就已经学会加工和使用陶瓷, 但是硅的单质却到很晚-18世纪上半叶才制备出来。硅别看起来灰溜溜的，它自己及化合物的作用却大得很，大到高科技领域，小到我们 的周围，到处都有Si及其化合物的踪影，当今电子工业的飞速发展，更是人们对Si的 性质的认识息息相关，本节我们就来学习Si及其化合物的有关知识。(图4-

13、11)三、硅单质1、存在形态：有晶体硅和无定形硅两种同素异形体2、晶体结构：正四面体形晶体Si的结构类似于金刚石的正四面体型，因此物理性质与金刚石类似。3、物理性质：灰黑色具有金属光泽的固体、熔点高、硬度大、质脆、导电性介于导体 和绝缘体之间，是好的半导体材料。因为Si在元素周期表中的位置仅次于金属与非金属分界线附近，因此硅有些性质与 金属相似。硅的化学性质不活泼，常温下硅的化学性质很稳定，除F、HF和NaOH外，2Si不跟其他物质起反应。4、化学性质(1)常温下的反应：Si+2F =SiF24Si+2NaOH +H O = NaSiO+2H f2232在高温下，Si能与O2等非金属单质发生反

14、应(2)高温下的反应：Si+O2鼻纶SiO?fSi+4HF=SiF f +2H f42Si+2d 鼻纶 SiCl24倉、7曰SiCl+2H 高壬 Si+4HCl42硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技 术革命。请大家阅读教材P79-80上的内容，了解一下硅的用途。5、硅的用途。半导体、晶体管、芯片。Q信息技术的关健材料，Q半导体性能将太阳能转换为光能的重要材一光电池Q硅合金6、硅的制备(1)工业上制粗硅(2)由粗硅制纯硅课堂练习1、A、B、C、D、2、A、SiO + 2C2高温Si+2C0石英砂焦炭电炉中倉、7曰Si+2Cl高壬 SiCl24F列关于硅的说法不正确的是()粗硅硅是非金属元素，它的单质是灰黑色，有金属光泽的固体硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应F列关于碳和硅的叙述中，不正确的是(氧化物都能与氢氧化钠溶液反应B、单质在加热时都能跟氧气反应