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1、第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物第一节第一节 无机非金属材料的无机非金属材料的 主角主角硅硅 硅在地壳中的含量为硅在地壳中的含量为26.3%26.3%，仅次于氧。硅的氧化物，仅次于氧。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，约占地壳质量的地壳质量的90%90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。硅及其化合物都有哪些性质和用途呢？着主要的角色。硅及其化合物都有哪些性质和用途呢？硅硅1.1.掌握掌握SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的主要性质。
2、的主要性质。（重点）（重点）2.2.认识认识SiSi、SiOSiO2 2、H H2 2SiOSiO3 3的用途。的用途。3.3.了解硅酸盐的主要性质。了解硅酸盐的主要性质。无定形无定形硅藻土硅藻土天天然然的的 SiOSiO2 2 1.1.二氧化硅（二氧化硅（SiOSiO2 2）（1 1）二氧化硅的存在）二氧化硅的存在一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）水晶水晶玛瑙玛瑙统称硅石统称硅石（2 2）二氧化硅的结构）二氧化硅的结构SiOSiO2 2是由是由SiSi和和O O按按1 1：2 2的比例组成的立体空间的比例组成的立体空间网状结构，没有网状结构，没有SiOS
3、iO2 2 分子存在，只存在硅、分子存在，只存在硅、氧原子。氧原子。SiOSiO2 2的晶体结构图的晶体结构图【科学视野】石英研钵石英研钵光导纤维光导纤维（3 3）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途坩埚坩埚水晶水晶根据根据SiOSiO2 2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:SiO:SiO2 2具具有哪些物理性质有哪些物理性质?化学稳定性如何化学稳定性如何?将你的认识写将你的认识写在下面的横线上在下面的横线上,并与同学交流。并与同学交流。物理性质物理性质:_:_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【思考与交流】SiOSiO2
4、2 2NaOH=Na2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O（4 4）SiOSiO2 2的化学性质的化学性质:酸性氧化物酸性氧化物SiOSiO2 2 CaO=CaSiOCaO=CaSiO3 3高温高温实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶为什么用溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？橡胶塞而不用玻璃塞？【提示】【提示】因为玻璃中含有因为玻璃中含有SiOSiO2 2，会与，会与NaOHNaOH溶液反应溶液反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。【想一想】【想一想】特性特性SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF
5、4 42H2H2 2O O 氢氟酸（氢氟酸（HFHF）是唯一能与是唯一能与SiOSiO2 2反应的酸反应的酸此反应常用于刻蚀玻璃。此反应常用于刻蚀玻璃。由于由于SiOSiO2 2既可与碱反应既可与碱反应,也可与氢氟酸反应也可与氢氟酸反应,所以所以SiOSiO2 2为两性氧化物，这种说法是否正确为两性氧化物，这种说法是否正确?【提示】【提示】这种说法不正确。这种说法不正确。SiOSiO2 2虽然能与虽然能与氢氟酸反应，但产物氢氟酸反应，但产物SiFSiF4 4不是盐，所以不是盐，所以SiOSiO2 2只是酸性氧化物。只是酸性氧化物。【想一想】【想一想】与盐反应：与盐反应：NaNa2 2COCO3
6、 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3 +SiO+SiO2 2 =CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2 高温高温 高温高温弱氧化性：弱氧化性：SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高温高温2.2.硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）(1)(1)制取：制取：制取原理：制取原理：较强酸制较弱酸。较强酸制较弱酸。硅酸钠与盐酸的反应硅酸钠与盐酸的反应现象：现象：滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液由红色变浅至无色，同时有白色胶状酸，溶液由红色变浅至无色，同时
7、有白色胶状物质产生。物质产生。化学方程式：化学方程式：NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3分析以上制取原理，若将分析以上制取原理，若将COCO2 2通入通入 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中有溶液中有何现象何现象?(?(提示提示:碳酸的酸性强于硅酸的酸性碳酸的酸性强于硅酸的酸性)【提示】【提示】有白色胶状沉淀产生。由于碳酸的酸性强有白色胶状沉淀产生。由于碳酸的酸性强于硅酸，所以会发生反应：于硅酸，所以会发生反应：NaNa2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+
8、H2 2SiOSiO3 3 【想一想】【想一想】H H2 2SiOSiO3 3+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O O不稳定：受热易分解。不稳定：受热易分解。H H2 2SiOSiO3 3 =H=H2 2O+SiOO+SiO2 2（2 2）化学性质）化学性质:弱弱酸性：只能与强碱发生中和反应。酸性：只能与强碱发生中和反应。生成的硅酸逐渐聚生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干干燥脱水就形成硅酸干胶，称为胶，称为“硅胶硅胶”。常。常常用作干燥剂。也可用常用作干燥剂。也可用作催化剂的载体。作催化剂的载体。（3 3）用
9、途）用途硅酸盐硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。稳定。1.1.最简单的硅酸盐：硅酸钠（最简单的硅酸盐：硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3)其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火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。剂等的原料，还可以作为矿物胶。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。总称。二、硅酸盐二、硅酸盐硅酸钠的性质实验硅酸钠的性质实验 取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液中，使之
10、充分吸湿、浸透，取出稍饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别放置在酒精灯外焰沥干（不再滴液）后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。处。观察现象。放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后燃烧 当水分蒸发后不易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）（1 1）玻璃：）玻璃：普通玻璃普通玻璃:以纯碱以纯碱(Na(Na2 2COCO3 3)、石灰石和石英、石灰石和石英(SiO(SiO2 2)为为原
11、料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2主要成分：主要成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2(Na(Na2 2O O CaOCaO 6SiO6SiO2 2)2.2.硅酸盐工业硅酸盐工业有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：高温高温高温高温以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料 经研磨、混合后在经研磨、
12、混合后在水泥回转窑中煅烧，水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研再加入适量石膏，研成细粉就得到水泥。成细粉就得到水泥。石膏的作用是调节石膏的作用是调节水泥硬化速度。水泥硬化速度。（2 2）水泥：）水泥：（3 3）传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷：传统硅酸盐陶瓷是以传统硅酸盐陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结黏土为原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。材、卫生洁具等。（4 4）具有特殊功能的含硅物质：）具有特殊功能的含硅物质：碳化硅碳化硅 （SiCSiC俗称金刚砂），具有俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用金刚石的结
13、构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。作砂纸、砂轮的磨料。硅钢硅钢 （铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。硅橡胶硅橡胶最好的既耐高温又耐最好的既耐高温又耐 低温的橡胶。低温的橡胶。分子筛分子筛具有均匀微孔结构的具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。铝硅酸盐。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形硅。与碳相似，单质硅也有晶体硅和无定形硅。2.2.物理性质：物理性质：单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的
14、固体，熔沸点较高。固体，熔沸点较高。三、硅单质三、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)3.3.化学性质：化学性质：在常温下在常温下,硅的化学性质不活泼硅的化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸除氟气、氢氟酸和强碱外和强碱外,硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。硝酸等起反应。SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高温高温粗硅提纯：粗硅提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4高温高温SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温高温4.4.工业制粗硅：工业制粗硅：5.
15、5.硅的用途硅的用途硅芯片是各种计算机、硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。微电子产品的核心。硅太阳能电池硅太阳能电池一、一、SiOSiO2 2和和H H2 2SiOSiO3 3SiOSiO2 2酸性氧化物可以与酸性氧化物可以与HFHF反应反应H H2 2SiOSiO3 3比碳酸还弱的酸比碳酸还弱的酸三、单质硅三、单质硅结构与金刚石的相似结构与金刚石的相似二、硅酸盐工业二、硅酸盐工业1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是()()A.A.二氧化硅溶于水显酸性二氧化硅溶于水显酸性B.B.二氧化碳通入水玻璃二氧化碳通入水玻璃(Na(Na2 2SiOSiO3 3的水溶液的水溶液)可以可以得到原硅酸
16、得到原硅酸C.C.因为高温时因为高温时,二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强所以硅酸的酸性比碳酸强D.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B B2 2.硅酸钠溶液俗称水玻璃硅酸钠溶液俗称水玻璃,呈碱性。下列物质中呈碱性。下列物质中,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.A.浓硫酸浓硫酸 B.B.水玻璃水玻璃 C.C.氢氟酸氢氟酸 D D 苛性碱苛性碱A A 3.3.将过量的将过量的COCO2 2分别通入：分别通入：CaClCaCl2 2溶液；溶液；NaNa2 2SiOSiO3 3溶液；溶液；Ca(OH)Ca(OH)2 2溶液；溶液；饱和饱和NaNa2 2COCO3 3溶液。最终溶溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是液中有白色沉淀析出的是()()A.A.B.B.C.C.D.D.B B4 4硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中不正确的是述中不正确的是()()A.A.硅单质可用来制造太阳能电池硅单质可用来制造太阳能电池B
