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1、第一节无机非金属材料的主角硅,Si-26.30%,硅在地壳中含量第二，硅的氧化物及硅酸盐构成的岩石、 沙子和土壤，约占地壳的90以上。,硅的存在与分布,存在：没有游离态，只有化合态 分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。,图 4-1 硅的广泛存在,硅和碳一样,其原子既不易失去电子，也不易得到电 子，所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,C,Si,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,从原子结构认识硅,碳和硅在自然界中存在形式有所不同的原因是什么？,碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更 强,Si无单质状态 化合态：硅的氧化物和硅酸盐,思考,结晶形（石英晶
2、体） 无定形硅藻土,水晶 玛瑙,一、二氧化硅和硅酸,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,天然水晶,紫水晶,蔷薇石英,茶晶,黄水晶,天然玛瑙,每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角。 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。,硅原子,二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式。,SiO4四面体结构,立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质,(2)结构,SiO2的用途,现代通信用光缆,光学纤维胃镜,用光导纤维做 无
3、开刀手术,光导纤维手术头灯,光导纤维,水晶制品,水 晶,玛 瑙,制光导纤维 石英玻璃制化学仪器 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,(3)二氧化硅的用途,物理性质:_,化学稳定性:_,通常条件下，很稳定,硬度大、熔点高、难溶于水,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,固 态,很小,很大,能溶于水,不溶于水,很 低,很 高,(4)二氧化硅的物理性质,都属酸性氧化物,水 溶 性,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CO2为例）,讨论,与水、碱、碱性氧化物反应,(5)二氧化硅的化学性质（通常很不活泼）,具有酸性氧化物
4、的通性,与强碱反应生成盐和水,与碱性氧化物反应生成盐,（有粘性，其溶液俗称水玻璃）,设疑:,实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么 ？,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞,NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。,原因,在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性,此反应常用于雕刻玻璃,思考:实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,二氧化硅的危害： 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，
5、人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺）。,熔点高，硬度大，难溶于水。,SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。 结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。,1.二氧化硅的物理性质,小结,与水反应,与碱性氧化物反应,与碱反应,CO2 + H2O = H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,不能反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,能与氢氟酸反应,SiO2 CaO =CaSiO3,高温,2.二氧化硅和二氧化碳的性质比较,思考,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,Si,O,二氧化硅的晶体结构,思
6、考,二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，如何制得硅酸呢？,实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,滴入酚酞溶液呈红色, Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl,实验探究,滴入盐酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动），当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动），硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。 硅胶的用途： 干燥剂（吸水）， 吸附剂（多孔）， 催化剂的载体。,知识拓展：,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？,滴入硫酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,Na2SiO3+H2SO4 = H2
7、SiO3 +Na2SO4,活动与探究：,硅酸是一种比碳酸还要弱的酸。请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。,用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,反应方程式,2.硅酸( ),硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水；是一种弱酸，不能使指示剂变色。,H2SiO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,H2SiO3=SiO2+H2O,Na2SiO3+2
8、HCl=H2SiO3+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,硅酸的制取由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制得的。,SiO32- + 2H+=H2SiO3,1、CO2通入下列各溶液中，无明显现象发生的是（ ） A、氯化钙溶液 B、澄清石灰水 C、硅酸钠溶液,A,合作讨论：,2、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
9、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,二、硅酸盐,结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。,硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,实验4-2,当水分蒸发后燃烧,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,制备木材防火剂的原料,2、硅酸盐组成表示,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,Na2O SiO2,2MgO SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,K(Al3Si3O10)(OH)2,长石,滑石,石棉,
10、高岭土,粘土,硅酸盐的丰富性和多样性（阅读P77）,人面鱼纹盆,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,陶器,瓷器,陶瓷,日用器皿、建筑饰材、卫生洁具,生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：陶瓷窑 生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却 主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型,陶 瓷,玻璃,生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2） 生产设备：玻璃熔炉 反应原理： 主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 主要特性：非晶体，无固定的熔点,玻 璃,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
11、再急速冷却,玻璃,水泥,生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 主要特性：水泥具有水硬性,水 泥,具有特殊功能的含硅物质,碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。,硅 钢 （铁合金） 导磁性良好，用作变压器铁芯,硅橡胶,分子筛,具有均匀微孔结构的铝硅酸盐,碳化硅(金刚砂,SiC)：硬度大,硅钢：高导磁性,硅橡胶：良好的弹性,分子筛：吸附剂、催化剂,特殊功能的含硅物质,图 4-9既耐高温又耐低温 的硅橡胶制品,新型无机非金属材料：,新型陶
12、瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,科学视野,图4-10生物陶瓷制成 的人造骨,二、硅酸盐,无机非金属材料,传统无机非金属材料,新型无机非金属材料,陶瓷 玻璃 水泥,高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,物性：,化性：,1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体 2、熔、沸点高、硬度大 3、晶体硅是良好的半导体,常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。,三、硅单质,图4-11 单晶硅,图4-11 单晶硅,1、与氟气反应：,2、与氢氟酸反应：,3、与强碱
13、溶液反应：,4、与氯气反应：,5、与氧气反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,存在,在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。,用途,集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。,集成电路 晶体管,5.用途,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.,硅太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,制备,工业上：,练习,1、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,2、下列说法正确的是（） ASiO2溶于水显酸性 BCO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸 CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 DSiO2晶体中不存在单个SiO2分子,B D,3、玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是 ( ) A、烧碱 B、纯碱 C、氢氟酸 D、盐酸,C,