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1、第四章 非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角 硅,你知道美国的硅谷吗？,Silicon vally,Si元素在地壳中的含量排在第几位？,在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧。 硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分 的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的 90%以上。在无机非金属材料中，硅一 直扮演中主要角色,原子结构,思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,Si,最外层电子数是4，碳也是。,思考2：碳、硅原子主要显几价？,正四价（+4价）,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石和许多矿物的主要元素,Si在自然界中没有 游离态的形式存在,（1）存在形式：
2、,一、二氧化硅 SiO2,地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的 ，其存在形态有 和,12,结晶型,无定形,结晶形（石英晶体） 无定形硅藻土,水晶 玛瑙,1、二氧化硅（ SiO2 ）,(1)存在:,天然的SiO2称为硅石,硅石,无色透明,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,水晶,晶体二氧化硅,玛 瑙,玛瑙,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,2. 结构.,SiO2 原子晶体,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,SiO2是正四面体的空间网状结构， 因此性质很稳定,坚硬难熔的固体， 熔沸点比较高， 不溶于水， 硬度比较大。,3. 物理性质,表示二氧化碳分子及其组成,表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比,气 态
3、,固 态,很小,很大,能溶于水,不溶于水,很 低,很 高,二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比,都属酸性氧化物,水 溶 性,活动与探究,为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？,是结构上的不同,4、化学性质（不活泼）：,（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）,4HF+SiO2=SiF4+2H2O,玻璃中含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃,SiO2 不溶于水，不与水反应,视频,（b)酸性氧化物的特性：,与碱性氧化物反应,与强碱反应：,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,与某些盐反应：,SiO2 + CaO = CaSiO3,高温,（有粘性，其溶液俗称水
4、玻璃）,高温,SiO2既能跟酸 反应，又能跟 碱反应，但不是 两性氧化物,注意：,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？,高温,高温,高温,不反应,CO2+H2O=H2CO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,SiO2+CaO= CaSiO3,CO2+CaO= CaCO3,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,不反应,SiO2+2C= Si+2CO,CO2+C= 2CO,5、用途,由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广 泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。,制光导纤维 石英玻璃制化学仪器
5、 制石英表、石英钟 水晶制光学仪器和工艺品 玛瑙制精密轴承和装饰品,石英制品,用光导纤维做 无开刀手术,光导纤维手术头灯,通信用光缆,光学纤维胃镜,水晶石英、玛瑙,二氧化硅用来制光导纤维,光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。 制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于 通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大， 一对光纤上可同时传送3万门电话。,练习,下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（ ） 红宝石 玛瑙 钻石 石英晶体硅石 水晶 大理石 金刚砂 硅藻土 光导纤维,76实验观察现象并填写下表,滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成,Na2S
6、iO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3（胶体）+ 2NaCl,二.硅酸 (H2SiO3),制备:,可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应,2、用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3（胶体）,Na2SiO3 + H2O + CO2 （适量）= Na2CO3 + H2SiO3（胶体）,一、制备方法,1、可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 （胶体）+ 2NaCl,SiO32- + 2
7、H+= H2SiO3（胶体）,硅酸是一种白色粉末状的固体，它的溶解度 小；是一种弱酸，不能使指示剂变色,2、物理性质,硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。,3、硅酸化学性质 与强碱发生中和反应,不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,三、硅酸盐,1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金 属元素组成的化合物的总称,硅酸盐结构复杂的固态化合物， 一般都不溶于水。,最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），俗称泡花碱；其水溶液俗称为水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂等。,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后燃烧,放入Na2SiO
8、3溶液,水份蒸发后不燃烧,水份蒸发后，失去防火作用,防火效果好用作防火剂,P77 实验4-2,2、硅酸钠 Na2SiO3,花岗岩,长石,云母石,滑石,石棉,高岭土,粘土,3 硅酸盐的表示方法用氧化物的形式表示,氧化物的顺序： 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,用氧化物形式表示硅酸盐的组成,硅酸钠Na2SiO3 _ 硅酸钙CaSiO3_ 高岭石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正长石KAlSi3O8_,Na2OSiO2,Al2O32SiO2 2H2O,K2O Al2O3 6SiO2,CaO SiO2,练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐 石棉：CaMg3Si4O12 普通玻璃： CaN
9、a2Si6O14 钙沸石：Ca(Al2Si3O10) 3H2O,CaO3MgO4SiO2,CaONa2O6SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,4、硅酸盐工业,4、硅酸盐工业,陶瓷,原料： 条件：,黏土,高温烧结,景德镇陶瓷,玻璃,原料： 设备： 条件： 主要反应： 主要成份：,纯碱、石灰石、石英,硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅,高温熔融,玻璃窑,玻璃,特殊玻璃,有色玻璃,钢化玻璃,加入了不同的金属氧化物,普通玻璃加热接近熔化再急速冷却,水泥,原料： 设备： 条件： 主要成份：,水泥回转窑,黏土、石灰石、石膏,煅烧,硅酸三钙、硅酸二钙、 铝酸三钙等,水泥,其它重要硅化物,SiC 硅钢（4
10、硅） 硅橡胶,（金刚砂）,传统无机非金属材料：,陶瓷、玻璃、水泥,新型无机非金属材料：,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,五、硅单质,1、存在形式 自然界中没有游离态的硅，只有化合态 单质硅分为晶型和无定形 2、分布,自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于 氧。是构成矿物和岩石的基本元素。,3.物理性质,单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构与金刚石类似，灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点高，硬度大，难溶于水。硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。,（1）与氟气反应：,（2）与氢氟酸反应：,（3）与强碱溶液反应：,（4）与氯气反应：,（5）与
11、氧气反应：,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,4、化学性质：,常温下反应,加热条件,5、硅的制备：,反应的方程式：,工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅。,制高纯度的硅（精硅）的方法：,（1）用氯气提取粗硅中的硅,（2）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅,SiCl4 + 2 H2 = Si + 4 HCl,高温,Si + 2Cl2 = SiCl4,高温,（常温下呈液态）,6.用途,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料,利用硅的半导体性能，制成光电池 ，将光能转化为电能。,硅太阳能电池,硅的用途非常广泛，可用来
12、制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,大规模集成电路,在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。,硅在电子工业中重要作用,1、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,B,2、常温下，能跟硅反应的物质是（ ） A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.浓硝酸 D.氢氟酸,A D,3、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 D. 碳酸钠溶液,C,4、为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空： （1）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试剂是_ 。 （2）装置B所盛试剂是_，装置B所盛试剂的作用是_。 （3）装置C所盛试剂是_，出现的现象是_。,盐酸,饱和NaHCO3溶液,除CO2中含有的HCl,Na2SiO3溶液,产生白色凝胶,