无机非金属材料的主角-硅h

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1、硅谷 silicon valley “ 斯坦福科研工业区 ” 是美国电子和计算机工业 中 心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣 克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长 48公里，宽 16公里 的长条形地带上。由于它集中了全世界 90以上的著名 半导体公司， 而半导体的基本元件是硅片 。 第 一 节 无机非金属材料的主角 _硅 硅的氧化物及硅酸盐 构成了地壳中大部分的岩石、沙子 和土壤的主要成份是什么？ （ 1）含量多 （ 2）化合态 （ 3）分布广 硅的氧化物和硅酸盐 达 26.3% 岩石、沙子和土壤 硅的存在与分布的特点 没有游离态， 硅 是一种亲氧元素，在自然界 中它总是与氧相互化合

2、的 (与碳不同 ) 自然界中有没有游离态的硅？ 由下列结构示意图你能得到什么结论？ 2、硅与碳结构相似，因而性质相似 2 8 4 2 4 +14 +6 Si C 1、硅与碳的原子结构相似，最外层均有 4个电子 3、 硅 与 碳 既不易失去电子，也不易得到电子， 主要形成四价化合物 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 地球上存在的天然二氧化硅统称为 硅石 。 硅石 结晶形（石英） 无定形 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 （一）二氧化硅 (SiO2) 玛瑙 水晶 二氧化硅中 Si 与 O个数比为 1:2，用 SiO2来表示二氧化硅 的组成 ,表示 O与 Si的原子

3、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 物理性质 :_ 化学稳定性 :_ 硬度大、熔点高、难溶于水 很稳定 根据 SiO2的存在和应用，请你分析以 下问题： SiO2具有哪些物理性质？化学 稳定性如何？你的根据是什么？ SiO2这 些性质是由什么决定的？ 讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化 物，其中硅的化合价为 4价，请你预测 二氧化硅的化学性质。 (1) 属类： (2) 价态： (3) 特性 SiO2为酸性氧化物 SiO2中 Si显 +4价为最高价 （ 1) 具有酸性氧化物的通性 1、二氧化硅的化学性质 （ 2) 具

4、有弱氧化性 高温 SiO 2 + 2C = Si + 2CO （ 3) 特性 此反应常用于雕刻玻璃 高温 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 CaO = CaSiO3 SiO2 4HF = SiF4 2H2O 与强碱反应生成盐和水 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O 总 结 SiO2 CO2 所属类型 物 理 性 质 色 态 熔沸点 硬 度 溶解性 化 学 性 质 CO2+2NaOH =Na2CO3+ 2O SiO2+2NaOH =Na2SiO3+ 2O 高温 SiO 2+Na2O=Na2SiO3 坚硬难熔固体 高 大 不溶于水 无色气体 低 小 溶于水 CO2+Na2O=Na2C

5、O3 高温 酸性氧化物 酸性氧化物 CO2+H2O=H2CO3 不反应 与水反应 与碱反应 与碱性氧 化物反应 SiO2 +2C = Si + 2CO 高温 CO2 + C = 2CO 高温 氧化性 答： 玻璃中的 SiO2 与 NaOH 反应 生成有粘胶性的硅酸钠 学以致用 答： 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。 （ 3）某同学根据 SiO2既可与碱反应 ,也能与 氢氟 酸反应 ,推断 SiO2为两性氧化物。是否正确 ? （ 1） 为什么在实验室中盛放 NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ （ 2） 实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 错误。两性氧化物

6、与酸、碱反应生成盐和水 SiO2的用途 现代通信用光缆 光 学 纤 维 胃 镜 用 光 导 纤 维 做 无 开 刀 手 术 光导纤维手术头灯 物质的性质决定用途， SiO2有哪些用途呢？ （ 1） 光导纤维： （ 2） 石英： 耐高温化学仪器、石英电子表 石英钟 （ 3） 水晶： 电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片 （ 4） 玛瑙： 精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品 现象 结论 反应式 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 Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了 H2SiO3 Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3+ 2NaCl （二）硅酸 (

7、 H2SiO3 ) 实验 4-1 ： 试管中加入 2 L Na2SiO3饱和溶液，滴入 1 滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡， 至红色变浅并接近消失停止，观察现象。并填写下表： Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl 1、制备 2、物理性质 : 白色，胶状，不溶于水的物质 4、用途 : 可作干燥剂和催化剂的载体 3、化学性质 酸性比碳酸弱 （ 2)不稳定性： H2SiO3 = SiO2 + 2H2O （ 1)与强碱溶液反应： H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O 强酸制弱酸原理（酸性： HCl H2SiO3） 硅酸的酸性比盐酸弱，

8、那么硅酸酸性与碳酸相 比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。 实验探究 实验： 将 CO2通入 Na2SiO3溶液中 现象： 透明的硅酸凝胶生成 方程式： Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 + Na2CO3 结论： 硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱 写出下列化学方程式 （ 1） SiO2与 NaOH溶液反应 （ 2） SiO2与氢氟酸反应 （ 3） SiO2与 C高温下反应 （ 4） Na2SiO3溶液中加入稀盐酸 SiO2 4HF = SiF4 2H2O SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl 高温

9、SiO 2 + 2C = Si + 2CO 如何以 SiO2为主要原料制取硅酸 ? SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl 学以致用 SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 随堂练习： 1、下列说法正确的是 ( ) A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以 以游离态存在 B. 二氧化碳通入水玻璃可以得到硅酸 C. 二氧化硅溶于水显酸性 D. 二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 B 2制造光导纤维的主要原料是（ ） A晶体硅 B二氧化硅 C石墨 D硅酸钠 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氢氟酸

10、 D碳酸钠溶液 B C 5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 4下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物 的是（ ） A SiO2 +2C = Si+2CO B SiO2 +2NaOH = Na2SiO3+H2O C SiO2 +4HF = SiF4+2H2O D SiO2 +CaCO3 = CaSiO3+CO2 B B 6将过量的 CO2分别通入 CaCl2溶液； Na2SiO3溶液； Ca(OH)2溶液； 饱和 Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉 淀析出的是（ ） A B C D B 二、硅酸盐 硅酸盐 是由硅、氧和金属组

11、成的化合物的总称。 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 硅酸盐表示方法： 硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆 和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成 原则：金属氧化物（较活泼 较不活泼 ） 非金属氧化物 请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成： 硅酸钠（ Na2SiO3） 镁橄榄石（ Mg2SiO4） 高岭土 Al2(Si2O5)(OH)4 Na2OSiO2 2MgOSiO2 Al2O32SiO22H2O 实验 4-2 放入蒸馏水 放入 Na2SiO3饱和溶液 现象 结论 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

12、或织物可防火 土壤固化剂 耐火材料 洗衣粉添加剂 粘合剂 用途广泛的硅酸钠 硅酸盐的丰富性和多样性 陶瓷 日用器皿、建筑饰材、卫生洁具 玻璃 普通玻璃 : Na2OCaO6SiO2 1、 主要原料 ：纯碱、石灰石和石英。 3、 反应原理 ：复杂的物理、化学变化 2、 生产过程 ： （玻璃熔炉） Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 高温 高温 4、玻璃的主要成分： Na2SiO3 、 CaSiO3 、 SiO2 5、玻璃态物质 玻璃 没有固定的熔点 没有一定的 熔点而在某一温 度范围内逐渐软 化的物质。（介 于晶体与非晶体 之间。） 实例

13、特性 定义 玻 璃 态 物 质 几 种 常 见 玻 璃 简 介 普通玻璃 因混有铁的化合物显浅绿色 蓝玻璃 红玻璃 铅玻璃 光学仪器玻璃 钢化玻璃 光纤玻璃 光导纤维： 1964年 8月华裔 科学家高锟首先提出用玻 璃纤维代替金属导线，被 誉为“纤维光学之父”。 比头发丝还细的一对光导 纤维上同时传送 3万门电话 且中继距离长达 20 50Km， 保密性能好。 在原料里加入某些金属氧化 物均匀地分散到玻璃态物质里， 使玻璃呈现出特征颜色。 把普通玻璃放在电 炉里加热，使它软化， 然后急速冷却，得到钢 化玻璃。其机械强度比 普通玻璃大 4 6倍，不 易破碎。 6、几种常见的玻璃 水泥 以黏土和石

14、灰石为主要原料 具有特殊功能的含硅物质 碳化硅 SiC（金刚砂） 硅钢 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 新型陶瓷 生物陶瓷 人造骨 三 、 硅单质 硅有晶体硅和无定形硅两种 。 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、 是半导体。 导电性介于导体和绝缘体之间。 1、 主要物理性质： 2、化学性质： 常温下硅单质的化学性质不活泼 3、用途： 半导体材料、制合金、制太阳能电池等 Si的用途：半导体、太阳能电池、硅合金 （ 1）常温下 只和 F2 、 HF、 强碱反应 Si + 2F2 = SiF4 Si + 4 HF = SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O =Na2SiO3 + 2H2 （ 2）加热时 能和 O2反应 Si + O2=SiO2 2、化学性质： 作业： 课本 P80 81 1、 3、 4、 5、 7、 8、 9 做在课本上 硅的工业制法 （课本练习）： 1、制粗硅 SiO2+2C=Si+2CO 2、粗硅提纯 Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl