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1、1 无机非金属材料的主角硅第四章 非金属及其化合物第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物1 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅美国硅谷美国硅谷主要存在形式主要存在形式主要化合价主要化合价原子结构示意原子结构示意图图 硅硅 碳碳1.硅在地壳中的含量仅次于硅在地壳中的含量仅次于 ，为，为26.3% 。在。在自然界中它总是与化合，是一种亲元素自然界中它总是与化合，是一种亲元素 氧化物氧化物 硅酸盐硅酸盐石灰岩石灰岩 碳酸盐碳酸盐碳的氧化物碳的氧化物+4+2 +4+14284+6242.氧氧氧氧氧氧写出氧化物的化写出氧化物的化学式学式结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形
2、硅藻土硅藻土玛瑙玛瑙天天然然的的 SiO2 硅硅石石一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2 ）（）二氧化硅的存在（）二氧化硅的存在水晶水晶(2)结构结构 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶角在四个顶角. 同时每同时每1个个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子相结合。原子相结合。 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,用用SiO2来表示来表示二氧二氧 化硅的组成化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是不是分子式是化学式化学式石英研钵石英研钵石英石
3、英光导纤维光导纤维（3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途坩埚坩埚会不会误解为会不会误解为石墨？石墨？v根据根据SiO2的存在和用途的存在和用途,请你分析以下问题请你分析以下问题:SiO2具有哪些物理性质具有哪些物理性质?化学稳定性如何化学稳定性如何?你的根据是什么你的根据是什么? SiO2的这些性质是由什么的这些性质是由什么决定的决定的?v将你的认识写在下面的将你的认识写在下面的 横线上横线上,并与同学交并与同学交流流.v物理性质物理性质:_v化学稳定性化学稳定性:_不溶于水不溶于水 硬度大硬度大 熔点高熔点高很稳定很稳定（）（）SiO的化学性质的化学性质:：酸性氧化物：酸性氧化物：酸性氧化物：
4、酸性氧化物( (和碱反应生成盐和水和碱反应生成盐和水和碱反应生成盐和水和碱反应生成盐和水) )_高温高温SiO2CaO CaSiO3 3SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O思考：思考：实验室盛装实验室盛装NaOH溶液溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？（用玻璃塞？（提示：玻璃中含提示：玻璃中含有有SiO2）( (和碱性氧化物反应生成盐和碱性氧化物反应生成盐和碱性氧化物反应生成盐和碱性氧化物反应生成盐) )v b. 特性特性vvSiO2 4HF =SiF4 2H2O （此反应常用于刻蚀玻璃）（此反应常用于刻蚀玻璃）思考思考：实验室为什么不用玻璃实验室为什
5、么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？瓶盛装氢氟酸？想一想想一想想一想想一想1. 为为什么在什么在实验实验室中盛放室中盛放NaOH 溶液的试溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ 玻璃中的玻璃中的SiO2 与与NaOH 反应生成有粘胶性的硅反应生成有粘胶性的硅酸钠，使酸钠，使玻璃塞玻璃塞粘住粘住瓶口。瓶口。2. .实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？HF能和能和玻璃中的玻璃中的SiO2反应反应腐蚀玻璃，腐蚀玻璃， 因此，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。3.某同学根据某同学根据SiO2既可与碱反应既可与
6、碱反应,也能与也能与氢氢氟酸反应氟酸反应,推断推断SiO2为两性氧化物为两性氧化物.是否正确是否正确?C:C:在高温下与碳酸盐的反应在高温下与碳酸盐的反应( (生成生成硅硅酸盐酸盐和和CO2 ) )SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3高温高温SiO2 + CaCO3 = CO2 + CaSiO3高温高温 2、硅酸、硅酸 （H2SiO3） 阅读课本阅读课本P76并并探究实验探究实验4-1现象现象结论结论化学方化学方程式程式 滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶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液红色变浅至无色，同时有白色胶状
7、物质产生 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的白色胶状沉盐与盐酸反应生成不溶于水的白色胶状沉淀硅酸，淀硅酸，Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 (胶胶体）体）(1).制取制取(较强酸制较弱酸较强酸制较弱酸)硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。实验探究实验探究1：实验实验2：将将CO2通入通入Na2SiO3溶液中溶液中现象：现象：透明的硅酸凝胶生成透明的硅酸凝胶生成方程式：方程式：Na
8、2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3你的结论：你的结论：硅酸是一种很弱的酸，硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱酸性比碳酸还弱 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常常用。常常用做做干燥剂干燥剂。也可用。也可用做催化剂的做催化剂的载体载体（2）用途）用途硅硅 胶胶干燥硅胶干燥硅胶吸湿硅胶吸湿硅胶硅胶中掺有氯化钴指示硅胶的吸湿程度。一、一、 二氧化硅和硅酸二氧化硅和硅酸1、二氧化硅、二氧化硅二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅空气空气硅石、石英、水晶、硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子
9、、硅藻土玛瑙、沙子、硅藻土熔、沸点低，熔、沸点低， 微溶于水微溶于水熔点高，硬度大，不溶于水熔点高，硬度大，不溶于水CO2+H2O=H2CO3不反应不反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO 高温高温CaSiO3存存 在在物理性质物理性质不反应不反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O化化学学性性质质与水反应与水反应与与NaOH反应反应与与CaO反应反应与酸反应与酸反应课堂练习v1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质物
10、不具有的性质 （ ） v A.熔点很高熔点很高 B.与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸v C.可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 D.坚硬坚硬v2.赏心悦目的花瓶是用下列物质的一种对玻璃进行赏心悦目的花瓶是用下列物质的一种对玻璃进行刻蚀而形成的刻蚀而形成的,这种物质是这种物质是 （ ） vA.盐酸盐酸 B.氢氟酸氢氟酸 C.烧碱烧碱 D.纯碱纯碱v3、下列试剂不能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的、下列试剂不能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（是（ ）vA.HNO3溶液溶液 B.KOH溶液溶液 C.盐酸盐酸 D.NaCl溶液溶液BBB4.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的下列物质的变化
11、，不能通过一步化学反应完成的是（是（ ）A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2ONa2CO3 D.SiO2H2SiO3D5.硅酸的工业制法是硅酸的工业制法是:将稀释好的硅酸钠和硫酸将稀释好的硅酸钠和硫酸反应生成水凝胶反应生成水凝胶,经水洗干燥得成品经水洗干燥得成品.有关的化学有关的化学方程式是方程式是 .Na2SiO + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3练习练习:1.下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.二氧化硅溶于水显酸性二氧化硅溶于水显酸性B.二氧化碳通入水玻璃二氧化碳通入水玻璃(Na2SiO3的水溶液的水溶液)可可以得到原硅酸以得到原硅酸.C.因为
12、高温时因为高温时,二氧化硅与碳酸钠反应放出二二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强所以硅酸的酸性比碳酸强. D.二氧化硅是酸性氧化物二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸它不溶于任何酸B2.硅酸钠溶液俗称水玻璃硅酸钠溶液俗称水玻璃,呈碱性呈碱性.下列物质下列物质中中,能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是( )A.浓硫酸浓硫酸 B.水玻璃水玻璃 C.氢氟酸氢氟酸 D 苛性碱苛性碱A3.下列物质中能跟下列物质中能跟SiO2发生反应的是发生反应的是( ) A 盐酸盐酸 B 硝酸硝酸 C 硫酸硫酸 D 烧碱溶液烧碱溶液D4.光纤通讯是光作为信息的载体光
13、纤通讯是光作为信息的载体,让光在让光在光导纤维中传输光导纤维中传输,制造光导纤维的基本原制造光导纤维的基本原料是料是( )A 铜铜 B 钢钢 C 石英石英 D 铝铝C5.除去二氧化硅固体中混有的除去二氧化硅固体中混有的CaCO3固固体体,方法正确的是方法正确的是( )A 加水加水,过滤过滤 B 加热加热C 加盐酸加盐酸,过滤过滤 D 加加NaOH溶液溶液,过过滤滤C6.将过量的将过量的CO2分别通入分别通入(1)CaCl2溶溶液液(2)Na2SiO3溶液溶液(3)Ca(OH)2溶液溶液(4)饱和饱和Na2CO3溶液溶液.最终溶液中有白色最终溶液中有白色沉淀的是沉淀的是( ) A (1)(2)(
14、3)(4) B(2)(4) C(1) (2)(3) D(2)(3)B第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅（第（第2课时）课时）第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物二、硅酸盐二、硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定1、最简单的硅酸盐：硅酸钠（最简单的硅酸盐：硅酸钠（Na2SiO3) 其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。还可以作为矿物胶。材防火剂等的原料。还可以作为矿物胶。硅酸盐是由硅酸盐是由硅硅、氧氧和和金属金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。实验实验4-24-2
15、放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火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）（制备木材防火剂的原料）硅酸盐的丰富性和多样性硅酸盐的丰富性和多样性（阅读（阅读P77）科学视野科学视野1）陶瓷：）陶瓷：（传统硅酸盐陶瓷）（传统硅酸盐陶瓷） 主要原料：粘土；经高温烧结而成。主要原料：粘土；经高温烧结而成。 日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具2 2、硅酸盐工业、硅酸盐工业人面鱼纹盆人面鱼纹盆2）玻璃：）玻璃：普通玻璃普通玻璃
16、: 以纯碱以纯碱 、石灰石和石英、石灰石和石英 为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。制得。 (Na2CO3)（SiO2 ）Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2主要成分：主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCaO6SiO2）有关反应化学方程式：有关反应化学方程式：高温高温高温高温3）水泥水泥：以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料v经研磨、混合后在水泥回转炉中煅烧，经研磨、混合后在水泥回转炉中煅烧，再加入适量石膏，研磨稀粉就得到水泥。再加入适量石膏，研磨稀粉就得到水
17、泥。v石膏石膏作用是调节水泥硬化速度。作用是调节水泥硬化速度。具有特殊功能的含硅物质：具有特殊功能的含硅物质： a、碳化硅（、碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。的磨料。 b、硅硅 钢钢（铁合金）（铁合金） 导磁性良导磁性良好，用作好，用作变压器铁变压器铁芯。芯。硅橡胶：硅橡胶：分子筛：分子筛： 具有均匀微孔具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。结构的铝硅酸盐。金刚砂（金刚砂（SiC）硅钢硅钢硅橡胶硅橡胶分子筛分子筛火箭、导弹、飞机零件火箭、导弹、飞机零件和绝缘材料和绝缘材料吸附剂和催化吸附剂和催化剂剂变压
18、器铁芯变压器铁芯砂纸、砂轮的磨料砂纸、砂轮的磨料生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨科学视野科学视野（阅读（阅读p79）例如：例如：NaNa2 2SiOSiO3 3 : : Na Na2 2O OSiOSiO2 2AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 ： AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O OCa(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010) )3H3H2 2O KAlSiO KAlSi3 3O O8 8 钙沸石钙沸石正长石正长石（高岭石）（高岭石）3 3、硅酸盐组成的表示：、硅酸盐组成的表示： 硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通
19、常用硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。CaOAlCaOAl2 2O O3 33SiO3SiO2 23H3H2 2O OK K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2（活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水）（活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水）三三. 硅单质硅单质(晶体硅是良好的半导体材料晶体硅是良好的半导体材料)1 1、硅的存在和状态：、硅的存在和状态：(1)(1)在自然界中硅元素只有化合态，无游离态；在自然界中硅元素只有化合态，无游离态；(2)(2)与碳相似，单质硅也有晶体硅和无定型硅
20、。与碳相似，单质硅也有晶体硅和无定型硅。2 2、物理性质：、物理性质：单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。熔沸点较高。3 3、化学性质：、化学性质：不不活泼活泼(1)(1)常温下：常温下： Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2注：注：与酸（除与酸（除HFHF）不反应，其它氧化剂，如）不反应，其它氧化剂，如ClCl2 2、O O2 2、H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3等常温下都不与硅起反应。
21、等常温下都不与硅起反应。(2)(2)加热时：与某些非金属反应。加热时：与某些非金属反应。Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 24 4、用途：、用途：半导体材料半导体材料 Si+2FSi+2F2 2=SiF=SiF4 45 5、工业制粗硅：、工业制粗硅：SiOSiO2 2+2C=Si+2+2C=Si+2COCO高温高温粗硅粗硅提纯：提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4高温高温SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温高温+C +Cl+C +Cl2 2 精馏精馏+H+H2 2SiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiClSiCl4 4 Si
22、( Si(纯硅纯硅) )高温高温高温高温高温高温阅读阅读: : 硅的用途硅的用途(P79P80)(P79P80)1要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最杂质，最适宜的试剂是适宜的试剂是 ( ) A. 纯碱溶液纯碱溶液 B. 盐酸盐酸 C. 硫酸硫酸 D. 苛性钠溶液苛性钠溶液B2下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是 ASiO2 +2C=Si+2CO BSiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2O CSiO2 +4HF=SiF4+2H2O DSiO2 +CaCO3=CaSiO3+CO23下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是下列物质中，不
23、能用玻璃瓶来盛装的是 A. 烧碱溶液烧碱溶液 B. 浓硫酸浓硫酸 C. HF氢氟酸氢氟酸 D. 碳酸钠溶液碳酸钠溶液BC4制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是 A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C 石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠5下列叙述正确的是下列叙述正确的是 A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅 BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输 DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应学反应BCSiO2 + 2 NaOH= Na2SiO3 + H2OSi + 2NaOH + 2H2O = Na2SiO3 + 2H2+ H2O+4e-Si + 2H2O = SiO2 + 2H2Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2硅与氢氧化钠溶液反应实质：硅与氢氧化钠溶液反应实质： 若要标出电子转移的方向和数目，若要标出电子转移的方向和数目，反应中生成的水不能约去：反应中生成的水不能约去：
