無機非金屬材料的主角——硅

1、第四章,非金屬及其化合物,無機非金屬材料的主角硅,二氧化硅和硅酸,我們生存的地球，組成它堅硬的地殼的物質(zhì)有哪些？,巖石、沙子、土壤的主要成分是硅的氧化物及硅酸鹽。,巖石、沙子、土壤,一、硅在地殼中的含量,2.自然界硅元素主要存在于:巖石、沙子和土壤,1.地殼中的含量:僅次于氧，排在第二位.,硅在元素周期表中的位置,研究硅元素 可別忘了我,碳和硅的比較,最外層電子數(shù)都是4個電子，原子既不容易失電子也不容易得到電子.主要形成四價 (+4價)的化合物。,碳是構成有機物 的主要元素,硅是構成巖石與許多礦物的主要元素,【思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同？,硅的存在狀態(tài),碳的存在形式：,3.自然界硅存

2、在的形態(tài) :硅在自然界無單質(zhì)狀態(tài) 只有化合態(tài)：如硅的氧化物和硅酸鹽,硅的存在形式：,因為硅的親氧能力比碳更強，在自然界中總是與氧相互化合的，主要以SiO2及硅酸鹽形式存在。,單質(zhì)、氧化物（CO2）、碳酸鹽,氧化物（SiO2）、硅酸鹽,一、二氧化硅,無色透明,無定形 (硅藻土),結晶形（石英）,地球上存在的天然二氧化硅稱為（統(tǒng)稱為）硅石,硅石,彩色環(huán)帶或?qū)訝?水晶,瑪瑙,存在形態(tài) P74,沙子,結構 立體網(wǎng)狀結構（了解，不要求）,一、二氧化硅（SiO2）,SiO4四面體結構,SiO2(化學式)立體網(wǎng)狀結構決定了 具有優(yōu)良的物理和化學性質(zhì),O,Si,可見Si、O個數(shù)比為,1：2,二氧化硅的用途,一

3、、二氧化硅,基本的建筑材料、裝飾品、坩堝、光導纖維等,石英制品,瑪瑙制品,光導纖維,水晶制品,物理性質(zhì)（硬度、熔點、水溶性） 化學性質(zhì),一、二氧化硅,硬度大、熔點高、不溶于水,1.類別：,與強堿反應生成鹽和水,與堿性氧化物反應生成鹽,SiO2 + 2 NaOHNa2SiO3 (有粘性)+ H2O,酸性氧化物具有酸性氧化物的通性,一、二氧化硅,此反應常用于雕刻玻璃,2.特性與氫氟酸HF反應,SiO2 +4HFSiF4 + 2H2O,思考： SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應, 能否推斷SiO2為兩性氧化物？,SiO2 + 2C,3.在高溫下能與還原劑反應，表現(xiàn)弱氧化性,Si + 2CO,Si

4、O2雖然能與HF發(fā)生反應，但是生成的氟化硅 不是鹽，而且HF是唯一能與之發(fā)生反應的酸， 所以二氧化硅不屬于兩性氧化物,思考與交流 實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？ 實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？,一、二氧化硅,HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。,NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應生成粘性的Na2SiO3，使瓶塞與瓶口粘合無法打開。,【小結】二氧化硅的性質(zhì),與水反應,與堿性氧化物反應,與堿反應,CO2 + H2O = H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+CaO=CaCO3,不 能,能與強堿反應,能與氫氟酸反應,

5、高溫,SiO2 CaO = CaSiO3,練習,下列敘述正確的是（ ） A.自然界中，硅主要以有游離態(tài)的形式存在 B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅 C.二氧化硅的化學性質(zhì)活潑，能跟強酸或強堿的溶液發(fā)生化學反應 D.自然界中的二氧化硅都存在于石英中 在一定條件下，焦炭水氧化鈣氫氟酸鹽酸氫氧化鉀氯化亞鐵氮氣，不能和二氧化硅反應的是（ ） A. B. C. D.,B,B,無機非金屬材料的主角硅,硅酸、硅酸鹽,二、硅酸（H2SiO3）,物理性質(zhì) 制備,提示： CO2H2OH2CO3 ，但是SiO2不能與水直接化合成H2SiO3。,利用可溶性的硅酸鹽 & 比硅酸強的酸反應制得,H2SiO3在水

6、中溶解度很小，是一種不溶性酸，是一種白色固體，其酸性比H2CO3還弱。,二、硅酸（H2SiO3）,滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生,a.Na2SiO3溶液呈堿性， b.可溶性硅酸鹽與鹽酸反應生成不溶于水的硅酸，c.先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠，d.靜置則形成硅酸沉淀。,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 ,SiO32- + 2H+ =H2SiO3 ,離子方程式,二、硅酸（H2SiO3）,活動與探究：,硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，請設計實驗證明。,把CO2通入Na2SiO3溶液中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象？,提示：,用H2CO3

7、可制得H2SiO3 ，可證明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,化學性質(zhì),二、硅酸（H2SiO3）,（1）酸性太弱，只能與強堿發(fā)生中和反應 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,（2）不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解,（雙選）下列有關硅酸的說法正確的是（ ） A.硅酸受熱易分解生成二氧化硅和水 B.可用硅酸鈉溶液與硫酸反應制備硅酸 C.因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應 D.硅膠有毒，不能用于食品干燥,二

8、、硅酸（H2SiO3）,AB,Thank You!,無機非金屬材料的主角硅,硅酸鹽,定義 性質(zhì) 組成表示（復雜硅酸鹽）,一、硅酸鹽,硅酸鹽是由硅、氧、金屬組成的化合物的總稱,大多數(shù)不溶于水，化學性質(zhì)穩(wěn)定,Na2SiO3 Na2OSiO2 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O,金屬氧化物寫在前面,再寫SiO2 ,最后寫H2O； 氧化物之間用“”隔開。,要領：兩邊原子個數(shù)守恒 格式：金屬氧化物 二氧化硅 水 (系數(shù)出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)),2) 硅酸鹽的氧化物法,P77 資料卡片,練習：把下列式子改寫成氧化物的形式 1. 蛇紋石:H4Mg3Si2O9 2. 鈣長石:CaAl2S

9、iO6 3. 石棉:CaMg3Si4O12 4. 長石:KAlSi3O8 5. 普通玻璃:CaNa2Si6O14 6. 黏土:Al2(Si2O5)(OH)4,3MgO2SiO22H2O,CaO Al2O3 SiO2,CaO3MgO4SiO2,K2O Al2O3 6SiO2,Na2OCaO6SiO2,Al2O32SiO22H2O,1、硅酸鈉（Na2SiO3）,硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。,實驗4-2,當水分蒸發(fā)后燃燒,當水分蒸發(fā)后不易燃燒,用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火,化學性質(zhì),1、硅酸鈉（Na2SiO3）,與鹽反應,與酸反應,Na2SiO

10、3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,思考：硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？,2、用途,以黏土為原料,陶瓷,2、用途,玻璃,2、用途,水泥,以黏土和石灰石為主要原料,具有特殊功能的含硅物質(zhì),硅鋼 （鐵合金） 導磁性良 好，用作 變壓器鐵 芯,碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結構。 硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。,人造骨,生物陶瓷,具有特殊功能的含硅物質(zhì),二、硅單質(zhì),灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，是重要的半導體材料。,硅單質(zhì)是從它的氧化物中提取出來的，主要化學反應如下： 2C(焦炭)+SiO2(石英砂

11、)= Si(粗硅)+2CO 粗硅轉變?yōu)榧児瑁ǔＳ梅椒ǎ?Si(粗)+2Cl2 = SiCl4； SiCl4+2H2 = Si(純)+4HCl,高溫,高溫,二、硅單質(zhì),制備,P81 9,根據(jù)以上反應，回答下列問題： （1）在制取粗硅的反應中，焦炭的作用是_。 （2）在由粗硅制取純硅的反應中，反應屬于_反應（填四種基本反應類型）；反應屬于_ 反應（填四種基本反應類型）；H2的作用是_。,二、硅單質(zhì),還原劑,氧化還原/化合,氧化還原/置換,還原劑,二、硅單質(zhì),化學性質(zhì)（了解）,SiO2 SiO2,在高溫條件下,單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非金屬單質(zhì)反應。,常溫下化學性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH 溶液反應。,Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2,Si2NaOHH2ONa2SiO32H2,練習,有下列物品或設備：陶瓷餐具磚瓦 水泥路橋門窗玻璃水晶鏡片石英鐘表 瑪瑙手鐲硅太陽能電池石英光導纖維 計算機芯片 （1）用到硅單質(zhì)的是_ （2）所用材料為SiO