1、無機(jī)非金屬材料的主角-硅,第四章 非金屬及其化合物,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。,氧48.6%,硅26.3%,鋁7.73%,鐵4.75%,一、硅的存在： 地殼中含量位于第二。僅次于氧。 均以化合態(tài)形式存在 ,沒有游離態(tài)。 （主要以二氧化硅和硅酸鹽是形式存在）,二、物理性質(zhì) 硅的同素異形體：,晶體硅：灰黑色固體，金屬光澤， 結(jié)構(gòu)類似金剛石， 熔點(diǎn)高，硬度大，具有脆性。 良好的半導(dǎo)體材料。,晶體硅 無定形硅,從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)硅,硅和碳一樣,其原子既不易失去電子，也不易得到電子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成+4化合物例如:SiO2和H2SiO3

2、及SiO32-。,C,Si,三、化學(xué)性質(zhì),最外層四個(gè)電子， 不易得、也不易失電子， 主要形成 +4 價(jià)化合物。,（1）在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與 F2、HF溶液和NaOH溶液反應(yīng)。,Si+4HF= SiF4+2H2,Si+2F2= SiF4,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 ,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 ,（2）在加熱或高溫下可以與Cl2、O2、C等反應(yīng)。,Si+C = SiC,高溫,SiC : 俗稱金剛砂， 具有金剛石的結(jié)構(gòu)和硬度， 可做砂紙砂輪的磨料。,四、用途 良好的半導(dǎo)體材料， 硅太陽能電池，光電池 ， 晶體管，光電池，硅芯片，集成電路等。

3、硅鋼：具有導(dǎo)磁性， 做變壓器的鐵芯。,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,水晶,瑪瑙,一、 SiO2的存在,二氧化硅,天然的二氧化硅也叫硅石， 分為晶體形和無定形。 石英、水晶、瑪瑙、光導(dǎo)纖維、沙子 主要成分都是二氧化硅。,Si,O,二、 SiO2的結(jié)構(gòu)。,化學(xué)式： SiO2 無分子式,SiO2晶體是正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O，同時(shí)每個(gè)O周圍結(jié)合2個(gè)Si。 Si、O的

4、個(gè)數(shù)比為1：2。,化學(xué)式： SiO2 無分子式,天然為無色透明的晶體， 熔點(diǎn)高，硬度大， 不溶于水。,三、 SiO2的物理性質(zhì),四、SiO2的化學(xué)性質(zhì)（很不活潑，與水和強(qiáng)酸都不反應(yīng)）,高溫,1. 具有酸性氧化物的通性,SiO2 CaO = CaSiO3,與強(qiáng)堿反應(yīng)：,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,硅酸鈉,與堿性氧化物反應(yīng)：,（SiO2 2OH- = SiO32- H2O ）,實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？,SiO22NaOH=Na2SiO3(有粘性)H2O,想一想,2、特性：唯一能與之反應(yīng)的酸 HF溶液,SiO2 4HF = SiF42H2O,（

5、此反應(yīng)常用于雕刻玻璃）,實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？,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。,SiO2 4HF = SiF42H2O,想一想,SiO2 + 2C Si + 2CO,3、在高溫下能與還原劑反應(yīng),（可利用這個(gè)反應(yīng)制粗硅）,4、與鹽反應(yīng),原理：高溫條件下難揮發(fā)的酸酐可以把易 揮發(fā)的酸酐從其鹽中置換出來。,五、 二氧化硅的用途：石英制品,(1) 可做光導(dǎo)纖維。 (2) 沙子是基本的建筑材料。 (3) 可做石英坩堝、石英鐘、石英表、 眼鏡片、化學(xué)儀器、工藝飾品等。,四、硅的工業(yè)制法,粗硅： 2C+ SiO2 = Si+2CO（隔絕空氣） 純硅： Si+2Cl

6、2 = SiCl4 （液態(tài)，易揮發(fā)） SiCl4+2H2 = Si+4HCl（高純硅）,高溫,硅酸：,一、H2SiO3的物性,白色、膠狀、不溶于水。,二、H2SiO3的化性,（1）弱酸性：極弱的二元酸，比碳酸的酸性弱。,與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng) H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可證明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,（SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 ）,(H2SiO3 + 2OH- = SiO3 2-+ 2H2O),

7、不穩(wěn)定,受熱易分解,H2SiO3 = H2O + SiO2,三、H2SiO3的制備,（不可以由SiO2和H2O反應(yīng)制備）,SiO2,Na2SiO3,H2SiO3,NaOH,CO2H2O,HCl,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3 ,反應(yīng)方程式：,四、H2SiO3的用途,見課本,硅酸鹽,一、定義：,是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不溶于水。,二、硅酸鈉Na2SiO3 （最簡(jiǎn)單的硅酸鹽）,1.物性： 白色固體， 可溶于水，其水溶液為無色黏稠狀液體

8、，具有黏性， 俗稱水玻璃，或者泡花堿。 不燃燒，熱穩(wěn)定性好。,實(shí)驗(yàn)4-2（硅酸鈉的阻燃性）,當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒,當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒,用水玻璃浸泡過的木條或?yàn)V紙可防火。,2.化學(xué)性質(zhì)：放置在空氣中容易變質(zhì)。,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,3.用途： 可做黏合劑，木材、紡織物的 防腐劑、滅火劑、耐火材料等。,三.硅酸鹽的表示方法： 氧化物法：保持原有各元素化合價(jià)不變， 按順序?qū)懗龈鞣N元素的氧化物。,順序： m活潑金屬氧化物 n較活潑金屬氧化物 xSiO2 yH2O,硅酸鈉（Na2SiO3）:,Na2O SiO2,鎂橄欖石（Mg2SiO4）:,2MgO

9、SiO2,鈣沸石（CaAl2Si3H6O13）:,CaO Al2O3 3SiO2 3H2O,長(zhǎng)石（KAlSi3O8）:,K2OAl2O36SiO2,注：若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)，則化為整數(shù)。,四、用途,硅酸鹽產(chǎn)品,陶瓷,水泥,玻璃,陶瓷：原料黏土 玻璃：原料純堿、石灰石、石英 水泥：原料黏土、石灰石,陶瓷,日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具,玻璃,普通玻璃: 以純堿 、石灰石和石英 為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得。玻璃無固定熔點(diǎn)。,(Na2CO3),（SiO2 ）,水泥,以黏土和石灰石為主要原料， 在水泥回轉(zhuǎn)窯中制得。,具有特殊功能的含硅物質(zhì),1.碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，

10、用作砂紙、砂輪的磨料。,2. 硅 鋼 高導(dǎo)磁性 用作變壓器鐵芯,4.分子篩吸附劑、催化劑,具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽,3.硅橡膠 良好的彈性,硅的特性 1非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體(石墨能導(dǎo)電)，硅的晶體是良好的半導(dǎo)體材料。 2Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO22C = Si2CO。 3非金屬單質(zhì)跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強(qiáng)堿溶液作用放出H2。 Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。,4非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HF=SiF42H2。 5酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能與HF作用。 6SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶

11、于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。 7無機(jī)酸一般易于溶水，但H2SiO3難溶于水。 8硅酸鈉水溶液稱泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。,試劑 二氧化硅 氫氧化鈉溶液 氫氟酸 濃硫酸,試劑瓶 細(xì)口磨口塞 廣口瓶 細(xì)口塑料瓶 細(xì)口橡皮塞,實(shí)驗(yàn)室有五種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，必須選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎?，?qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。,5單質(zhì)A溶于強(qiáng)堿液，A燃燒生成某高熔點(diǎn)的氧化物B，B也不溶于強(qiáng)酸而能與強(qiáng)堿反應(yīng)。B與純堿在高溫下反應(yīng)能生成C和氣體D，氣體D通入C溶液可得白色沉淀E，E放在干燥空氣中易失水變成F，F(xiàn)加熱再失水可得B。寫出分子式： A_B_C_D_E_ F_。并寫出下列反應(yīng)方程式： （1）A與強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)_ （2）B與純堿共熔_ （3）C與D反應(yīng)_ （4）F失水_,Si,要除去SiO2中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適的試劑是（ ） A. 純堿溶液 B. 鹽酸 C. 硫酸 D. 苛性鈉溶液,練一練,B,練一練,下列反應(yīng)能說明二氧化硅是酸性氧化物的是（ ） ASiO2 +2C=Si+2CO BSiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2O CSiO2 +4HF=SiF4+2H2