無機(jī)非金屬材料的主角-硅

第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角

——硅硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。

從原子角度認(rèn)識硅原子既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價(jià)化合物．CSi水晶水晶瑪瑙硅藻土一、二氧化硅2.結(jié)構(gòu)SiO二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)單元一、二氧化硅3.應(yīng)用水晶制品瑪瑙制品飾品光學(xué)纖維胃鏡在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟

化學(xué)式

二氧化碳

CO2二氧化硅

SiO2

狀態(tài)

熔沸點(diǎn)硬度水溶性化學(xué)性質(zhì)與酸

用途與水反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O只與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋CaO=CaSiO3高溫氣態(tài)固態(tài)熔沸很低熔點(diǎn)高，硬度大

能溶于水不溶于水——人工降雨，滅火,飲料等光纖等二氧化碳與二氧化硅比較

干燥硅膠

濕硅膠生成的硅酸逐漸聚合而形成

，經(jīng)干燥脫水就形成

，稱為

。常常用做干燥劑。硅酸用途硅酸干膠“硅膠”硅酸溶膠-1-二、硅酸鹽1、定義：硅酸鹽:由

、、元素組成的化合物的總稱2、性質(zhì)：硅酸鹽種類很多，大多數(shù)

于水，最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，Ka2SiO33、表示方法：（1）化學(xué)式法：

適用于簡單的硅酸鹽如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。硅氧金屬難溶2．硅酸鹽組成的表示方法(1)自然界中的存在情況：硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在各種天然硅酸鹽礦物，約占地殼質(zhì)量的5%。(2)硅酸鹽組成的表示方法：硅酸鹽的種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成的表示方法有兩種。①鹽化學(xué)式法：如硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)，一般適用于組成較簡單的硅酸鹽。②氧化物法：如硅酸鈉(Na2O·SiO2)、石棉(CaO·3MgO·4SiO2)、黏土的主要成分(Al2O3·2SiO2·2H2O)。溫馨提示：雖然我們采用氧化物的形式來表示硅酸鹽的組成，但硅酸鹽并不是由氧化物組成的，不是混合物，是純凈物，屬于鹽類。

用氧化物的形式表示硅酸鹽組成時(shí)，各氧化物的一般排列順序?yàn)榻饘傺趸?較活潑金屬的氧化物——較不活潑金屬的氧化物)——二氧化硅——水注意事項(xiàng)：①氧化物之間以“·”隔開；②計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：鉀長石KAlSi3O8不能寫成應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。Mg3CaSi4O12可寫為：3MgO·CaO·4SiO2【例2】用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中不正確的(

)A．鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示為

Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石Mg2SiO4表示為2MgO·SiO2C．鉀長石KAlSi3O8表示為K2O·Al2O3·3SiO2D．高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4表示為

Al2O3·2SiO2·2H2O提示：順序?yàn)椋夯顫娊饘傺趸铩⒍趸?、水。C-1-5、硅酸鈉（Na2SiO3）硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏性很強(qiáng)，可以作黏膠劑和木材防火劑。放入蒸餾水放入硅酸鈉飽和溶液

現(xiàn)象

結(jié)論

水分蒸發(fā)后燃燒水分蒸干后不燃燒硅酸鈉耐高溫，能防火，不能燃燒水加熱下易蒸發(fā)（1）、硅酸鈉的物理性質(zhì)課本P65實(shí)驗(yàn)4-2-1-問一問硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)白色渾濁。因?yàn)榘l(fā)生下列反應(yīng)：（2）硅酸鈉化學(xué)性質(zhì)

硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好。Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓-1-（3）用途可以作肥皂填料，還可以用做建筑、紙張的黏合劑和木材、織物的防腐劑及防火劑②與鹽反應(yīng)①與酸反應(yīng)Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl-1-4、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化

硅酸鹽礦石長期受到空氣中的二氧化碳和水的侵蝕后,逐漸風(fēng)化分解,生成的可溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤膠體，因其表面巨大且一般帶負(fù)電，能吸收NH4+，K等營養(yǎng)離子，從而具有保肥能力。硅酸鹽是如何具有保肥能力的？思考下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途敘述錯(cuò)誤的是(

)A．水玻璃是硅酸鈉的水溶液，是混合物B．在建筑工地上可用作黏合劑C．木條或?yàn)V紙條浸過水玻璃后，具有防腐蝕性能且不易著火D．水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)【答案】

D【解析】

水玻璃在空氣中容易吸收空氣中的CO2，生成H2SiO3而變質(zhì)。

●細(xì)品教材1．傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷、玻璃和水泥是構(gòu)成現(xiàn)代生活要素的最重要的無機(jī)非金屬材料，它們都是以黏土等硅酸鹽和其他無機(jī)原料在高溫下加工而成的具有一些優(yōu)良性能的工業(yè)產(chǎn)品。(1)水泥中加石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度。(2)水泥砂漿是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，與鋼筋混合在一起就是鋼筋混凝土。(3)制造玻璃的原料中，石英是過量的，所以普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按1∶1∶4比例混合在一起得到的物質(zhì)，因此其成分表示為Na2O·CaO·6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。(4)玻璃不屬于晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，只在一定范圍內(nèi)軟化后熔化，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。

特別提示：①普通玻璃：呈淡綠色，含二價(jià)鐵。②有色玻璃：藍(lán)色玻璃是普通玻璃中加入了Co2O3，紅色玻璃是加入Cu2O。③變色玻璃：普通玻璃中加入了AgI、AgBr等。④光學(xué)玻璃：普通玻璃中加入PbO2。⑤鋼化玻璃：經(jīng)普通玻璃熔化后快速冷卻制成，與普通玻璃的成分相同。⑥石英玻璃：石英熔化制成。2．新型陶瓷如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(工程陶瓷)、壓電陶瓷、透明陶瓷和超導(dǎo)陶瓷等，都是人們在繼承傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的基礎(chǔ)上發(fā)展創(chuàng)新，研制出的組成各異、性能獨(dú)特的新型陶瓷。3．其他特殊功能的含硅物質(zhì)如碳化硅(SiC，俗稱金剛砂)、硅橡膠、分子篩等。4．無機(jī)非金屬材料包括了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品；新型陶瓷如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等。-1-看一看你能指出常見的硅酸鹽產(chǎn)品有哪些嗎

-1-5、硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)三大產(chǎn)品有：玻璃、陶瓷、水泥。[練習(xí)]1.下列說法正確的是（）A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品B.水晶、瑪瑙、光纖、硅膠的主要成分都是SiO2C.SiO2很穩(wěn)定，與所有的酸都不反應(yīng)D.將石棉（CaMg3Si4O12）化學(xué)式改寫成氧化物的形式：3(MgO·CaO)·4SiO2A-1-科學(xué)視野新型陶瓷人造關(guān)節(jié)-1-高壓鈉燈高溫結(jié)構(gòu)陶瓷1.氧化鋁陶瓷-1-陶瓷機(jī)械零件●典例精析【例3】下列物質(zhì)中，不含有硅酸鹽的是 (

)A．水玻璃B．硅芯片C．黏土 D．普通水泥【解析】

水玻璃中含有硅酸鈉，普通水泥中含有硅酸鈣，黏土含有復(fù)雜的硅酸鹽，硅芯片中含的是硅單質(zhì)?！敬鸢浮?/p>

B

請回答下列問題：(1)下列屬于新型無機(jī)非金屬材料的是 (

)A．高強(qiáng)度水泥 B．鋼化玻璃C．氧化鋁陶瓷 D．光導(dǎo)纖維(2)磷酸鈣陶瓷也是一種新型無機(jī)非金屬材料，它可以用于制成人造骨骼，這是利用這類材料的 (

)A．耐高溫特性 B．電學(xué)特性C．光學(xué)特性 D．生物功能CDD【解析】

(1)水泥、玻璃屬于硅酸鹽材料，是傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料。(2)新型無機(jī)非金屬材料的四種特性不一定是這類材料的共性，不同的材料具有不同的特性?！敬鸢浮?/p>

(1)CD

(2)D【點(diǎn)拔】

區(qū)分傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料和新型的無機(jī)非金屬材料，分析新型無機(jī)非金屬材料的四種特性及其應(yīng)用進(jìn)行判斷。

●細(xì)品教材1．物理性質(zhì)和重要用途硅有

和

兩種同素異形體。晶體硅是灰黑色、有

固體，

很高，硬度大。晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的

材料。晶體硅的用途廣泛。晶體硅可以用來制造

，同時(shí)

是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心。

晶體硅無定形硅金屬光澤硬而脆的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)半導(dǎo)體晶體管和光電池硅芯片5.用途

晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅太陽能電池電腦的中央處理器（CPU）三、硅單質(zhì)1、存在：硅有晶體硅和無定形硅兩種。2、物理性質(zhì)：晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)(1410℃)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。3、化學(xué)性質(zhì)：常溫下硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不活潑導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。Si+O2===SiO2-1-②在高溫條件下，單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。①常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH溶液反應(yīng)。Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2SiO24、制法SiO2+2C===Si+2CO↑高溫硅單質(zhì)3．硅的工業(yè)制法

●典例精析【例4】下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是(

)A．硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)C(2009·廣東理基·22)下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是 (

)①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①②

B．②③

C．①④

D．③④【答案】

C-1-工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗硅①SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

，又能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到SiCl4后再用氫氣還原制得純硅：②Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

，③SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl。根據(jù)以上反應(yīng)回答下列問題：（1）反應(yīng)①中焦炭做（）A.還原劑B.氧化劑C.二者都不是（2）反應(yīng)②屬于（），反應(yīng)③屬于（）A.化合反應(yīng)B.分解反應(yīng)C.氧化還原反應(yīng)D.非氧化還原反應(yīng)E.置換反應(yīng)4、硅的工業(yè)制備課后練習(xí)81頁AACCE課堂練習(xí)C2.下列變化中不能一步實(shí)現(xiàn)的是A、Na2SiO3H2SiO3B、H2SiO3SiO2C、SiO2H2SiO3D、SiO2Na2SiO3

3.在既能溶解金屬氫氧化鋁又能溶解二氧化硅的無色溶液中，能大量共存的是(

)A.

Na+、Al3+、NO3－、Cl－

B.

K+、Na+、Cl－、SiO32－C.

Fe2+、K+、SO42－、Cl－

D.

Na+、HCO3－、K+、NO3－課堂練習(xí)B4.CO2通入下列各溶液中，不會(huì)產(chǎn)生難溶物的是（）A、水玻璃B、石灰水C、飽和Na2CO3D、CaCl2D-1-小結(jié):1.介紹了硅酸鹽的定義、性質(zhì)和表示方法及工業(yè)產(chǎn)品.2.硅酸鈉的性質(zhì)和用途3.硅單質(zhì)的存在形式、性質(zhì)、工業(yè)制備和用途4.硅酸鈉