1、第四章第四章 第一节第一节无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅黑龙江省庆安县第一中学黑龙江省庆安县第一中学 孙秀民孙秀民元素在地壳中的含量12345678910氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅单质天然水晶天然水晶天然玛瑙天然玛瑙无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅硅硅在地壳中含量第二，硅的氧化物在地壳中含量第二，硅的氧化物及硅酸盐约占地壳质量的及硅酸盐约占地壳质量的90%以上以上硅的存在与分布硅的存在与分布存在：没有游离态，只有化合态分布：自然界中分存在：没有游离态
2、，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。布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。从从原子结构原子结构认识硅认识硅硅和碳一样硅和碳一样,其原子其原子既不易失去电子，也不易得到电子，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所以硅的化学性质不活泼,主要形成主要形成四价化合物四价化合物CSi碳碳是构成有机物是构成有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素从原子结构认识从原子结构认识硅硅思考：思考：碳和硅在自然界中存在形式有所不同的碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因是什么？原因是什么？碳和硅都是碳和硅都是亲氧元素亲氧元
3、素但是硅的但是硅的亲氧能力亲氧能力更强更强SiSi无单质状态无单质状态化合态：硅的氧化物和硅酸盐化合态：硅的氧化物和硅酸盐天天然然的的 SiO2 硅硅石石结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸（一）二氧化硅（一）二氧化硅（ SiO2 ）1、存在、存在 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。 硅原子硅原子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S
4、iO2来表示来表示二氧化硅的组成二氧化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结立体网状结构决定了构决定了SiOSiO2 2具有优具有优良的物理和良的物理和化学性质化学性质2、结构、结构 石英坩埚现代通信用现代通信用光缆光缆光学纤维光学纤维胃镜胃镜用用光导纤维光导纤维做做无开刀手术无开刀手术光导纤维光导纤维手术头灯手术头灯教参视频危害：危害： 在隧道开凿，石英粉加工等工作环在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘
5、，就会患硅期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺）。肺病（旧称矽肺）。思考题思考题 什么是硅石、石英、水晶、玛瑙？阅读什么是硅石、石英、水晶、玛瑙？阅读75页页,画出由硅石分类到玛瑙的树状分类图。画出由硅石分类到玛瑙的树状分类图。地球上存在的天然二氧化硅称为（统称为）硅石硅石结晶形（石英）结晶形（石英）无定形无定形无色透明无色透明彩色环带或层状彩色环带或层状水晶水晶玛瑙 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。 硅原子硅原子二氧化硅中氧原子与硅原
6、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来表示来表示二氧化硅的组成二氧化硅的组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化学式。不是分子式是化学式。SiOSiO4 4 四面体结构四面体结构立体网状结立体网状结构决定了构决定了SiOSiO2 2具有优具有优良的物理和良的物理和化学性质化学性质2、结构、结构二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2化学式化学式的意义的意义状状 态态硬硬 度度熔沸点熔沸点相同点相同点表示二氧化碳表示二氧化碳分子及其组成分子及其组成表示二氧化硅晶体表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比中硅氧原子个数比气气
7、 态态固固 态态很小很小很大很大能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水很很 低低很很 高高3 3、 物理性质物理性质 都属酸性氧化物都属酸性氧化物水水 溶溶 性性讨论讨论v什么叫酸性氧化物？初中学过的酸性氧化物什么叫酸性氧化物？初中学过的酸性氧化物的通性包括哪些方面（以的通性包括哪些方面（以COCO2 2为例）为例）v与水、碱、碱性氧化物反应与水、碱、碱性氧化物反应（有粘性，其溶液俗称水玻璃有粘性，其溶液俗称水玻璃）氢氟酸某同学根据某同学根据氢氟酸反应氢氟酸反应, 推断推断（3 3）. . 在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性SiO2 + 2C高温高温Si + 2
8、COSiO2 + 2Mg高温高温Si+ 2MgO2 2、实验室为什、实验室为什么不用玻璃瓶么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？盛装氢氟酸？1 1、实验室盛装、实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂溶液的试剂瓶为什么用橡胶瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？塞而不用玻璃塞？ HFHF能腐蚀玻璃，因此，盛能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。而要用塑料瓶。 NaOHNaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiOSiO2 2反应生成反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶，使瓶塞部分粘结而无法打开。因塞部分粘结而无法打开。因此盛装此盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶不溶液
9、的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。能用玻璃塞而要用橡胶塞。想一想想一想 二氧化碳二氧化碳 CO2二氧化硅二氧化硅 SiO2 状状 态态 气气 态态 固固 态态熔沸点熔沸点 硬度硬度熔沸很低熔沸很低熔点高，硬度大熔点高，硬度大水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水化化学学性性质质与与 酸酸 用用 途途人工降雨，灭火人工降雨，灭火,饮料等饮料等P64, 图图45与水反应与水反应与碱性氧化物与碱性氧化物反应反应与碱反应与碱反应CO2 + H2O = H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
10、能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应CO2H2OH2CO3 ，但是，但是SiO2不能与水直接化合成不能与水直接化合成H2SiO3，这是一个特性。，这是一个特性。 思考：思考： SiOSiO2 2不能直接和水化合成不能直接和水化合成H H2 2SiOSiO3 3，那怎样，那怎样制备制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？ 2. 硅酸（硅酸（H2SiO3） H2SiO3是一种很弱的酸是一种很弱的酸(酸性比酸性比H2CO3还弱还弱)，是一种不，是一种不溶性酸，是一种白色固体，溶性酸，是一种白色固体， 它是它是SiO2的的对应水化物。对应水化物。（1）制法）制法由于由于SiOSiO2 2不溶于水，所以硅酸不
11、溶于水，所以硅酸是通过是通过可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应制得的。制得的。实验实验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，溶液红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，同时有白色胶状沉淀产生色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生 a. Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性， b. 可溶性硅酸盐与盐可溶性硅酸盐与盐酸反应生成难溶于水的硅酸酸反应生成难溶于水的硅酸 （ 先形成先形成硅酸胶体硅酸胶体，后，后形成形成硅酸凝胶）硅酸凝胶）Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 SiO32- + 2H+ = H2Si
12、O3离子方程式离子方程式用用H H2 2COCO3 3可制得可制得H H2 2SiOSiO3 3 ，可证明，可证明H H2 2SiOSiO3 3 的酸性比的酸性比H H2 2COCO3 3弱。弱。SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO35制造光导纤维的主要原料是A晶体硅 B二氧化硅 C 石墨 D硅酸钠6下列叙述正确的是A自然界存在大量单质硅BSiO2 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DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应BC二、硅酸盐二、硅酸盐结构复
13、杂，一般不溶于水，化学性质很稳定结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃，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。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。实验4-2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制备木材防火剂的原料火剂的原料硅酸盐的丰富性和多样性（阅读P76）人面鱼纹盆人面鱼纹盆陶
14、瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: 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 ）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（SiC俗称金刚砂），具有金刚石俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。磨料。 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
15、子筛分子筛 具有均匀微具有均匀微孔结构的铝硅孔结构的铝硅酸盐酸盐生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨三三. 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)教参视频2要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ ） A. 纯碱溶液 B. 盐酸 C. 硫酸 D. 苛性钠溶液3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+CO24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. HF氢氟酸
16、D. 碳酸钠溶液BBC1. 将过量的CO2分别通入： CaCl2溶液； Na2SiO3溶液； Ca(OH)2溶液； 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是 ( ) A B C DB高温高温高温高温思考题思考题 下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ） A. SiOA. SiO2 2 是二氧化硅的化学式是二氧化硅的化学式 B. SiOB. SiO2 2 晶体是由晶体是由SiSi和和O O按按1:21:2的比例的比例所组成的立体网状结构的晶体所组成的立体网状结构的晶体 C C. SiO. SiO4 4 四面体只存在于二氧化硅晶体四面体只存在于二氧化硅晶体中中D. D. 沙子里含无定形二氧化硅沙子里含无定形二氧化硅 E. E. 石英就是水晶石英就是水晶 F. F. SiOSiO2 2 从古到今被人类广泛地应用着，从古到今被人类广泛地应用着，是因为是因为SiOSiO2 2 的立体网状结构和它在自然界的立体网状结构和它在自然界的广泛存在的广泛存在C D E
