1、非金属位于元素周期表的什么位置?,它们与人类的生存环境、生活和生产有何关系?,第四章 非金属及其化合物,从沙滩到用户,非金属及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角_硅,1. 含量：,硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位。 硅是一种亲氧元素，在自然界中只存在化合态，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。,2. 结构,最外层均为4个电子，二者结构相似有不同，硅与碳一样，其原子既不易失去也不易得到电子，主要通过共价化合物的形式形成+4价的化合物。碳是构成有机物的主要元素，而硅是构成岩石和矿物的基本元素。,天 然 的 SiO2 硅 石,一. 二氧化硅,1. SiO2的存在,2. SiO2的结构 (结晶形）
2、,正四面体 空间网状结构 硅氧比例：1：2 没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子,水 晶,玛 瑙,信息高速公路骨架光导纤维,二氧化硅天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅.砂、石英、水晶的主要成分都是SiO2,纯净的二氧化硅是无色透明的，二氧化硅的立体网状结构决定了二氧化硅硬度大，熔沸点高、不溶于水。,3、物理性质:,4、 SiO2的化学性质:,二氧化硅是一种酸性氧化物，是硅酸的酸酐，在一定条件下能与强碱、碱性氧化物和某些盐反应，但不能与水反应,（1）SiO2不与水、一般的酸反应。但可以与氢氟酸（HF）反应， 这是二氧化硅的特性，,SiO2+4HF=SiF4+2H2O 注意：玻璃中
3、含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃。,想一想：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。,（2） 跟碱反应： SiO22NaOHNa2SiO3H2O ，,思考：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而为什么不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有SiO2）,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。,（3）与碱性氧化物反应SiO2CaO CaSiO3 ，,高温,（4）高温条件下，SiO2可以与Na2CO3、 CaCO3等盐反应。(补充) 工业制玻璃原理
4、：SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2SiO2 + CaCO3 高温 CaSiO3 + CO2,（5）弱氧化性：二氧化硅中硅元素的化合价为+4价，是硅元素的最高价态，因此具有 一定的氧化性，能被C、Mg等还原剂还原。（补充）SiO2 + 2C 高温 Si+2CO SiO2 + 2Mg 高温 Si +2MgO,5、SiO2的用途,光导纤维 石英：耐高温化学仪器、石英电子表石英钟 水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片 玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,二氧化硅的用途,无色固体、高,无色气体、低,大、难溶,小、可溶于水,SiO2+2NaOH=Na2Si
5、O3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,SiO2+CaO=高温=CaSiO3 SiO2+Na2O=高温=Na2SiO3,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+2C =高温=Si +2CO,CO2+2C =高温=2CO,SiO2+4HF =SiF4 +2H2O,SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2,CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3,思考：SiO2是硅酸的酸酐，可以用SiO2与水反应制备H2SiO3吗？,思考：SiO2既能和NaOH反应， 又能和HF反应，二氧化硅 属于两性氧化物吗？,由于SiO2不溶于水，也不与
6、水反应，所以不能用SiO2与水反应直接制得硅酸。通常可用可溶性硅酸盐与其它酸反应制得硅酸。,二、硅酸（H2SiO3）,1、硅酸的制备：,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3,离子方程式：,SiO32- + 2H+ = H2SiO3,强调：硅酸是常见的唯一不溶于水的酸，且不能由酸酐SiO2和水反应制得,思考：实验室制备H2SiO3的反应原理是什么？,【实验4-1】在试管中加入3-5mL硅酸钠溶液，滴入1-2滴酚酞溶液，在用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近红色消失停止，静置，观察变化过程及其现象。【视频】,弱酸性：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱。
7、 Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3,不稳定性： 硅酸受热分解：H2SiO3 SiO2 + H2O,2、硅酸的性质,（1）物理性质：,硅酸为白色胶状固体，难溶于水，难挥发。,（2）化学性质：,思考：向Na2SiO3溶液中通人CO2，有什么现象？,3、硅酸的用途（图片47）硅酸凝胶经干燥脱水可以制得硅酸干凝胶，称为“硅胶”，硅胶具有很强的吸水性，常用作干燥剂和催化剂的载体。,想一想：制玻璃时会发生如下反应：SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2。该反应能否说明H2SiO3酸性比H2CO3 强？,【例1】下列说法正确的是（ ）A、二氧化
8、硅溶于水显酸性 B、将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸C、根据反应SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2可以推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强D、二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸,三硅酸盐,1硅酸盐简介：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐的组成和结构复杂多样，是构成地壳岩石的重要成分，自然界中存在各种天然硅酸盐矿物。,绝大部分硅酸盐都难溶于水，常见的易溶于水的硅酸盐是Na2SiO3 、Na2SiO3 是最简单的硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是制造硅胶和防火剂等的主要原料。,2硅酸盐的表示方法：硅酸盐种类繁多，结构复杂，其表示方法有两种。,（1）盐化学式法
9、：一般用于简单的硅酸盐。如硅酸钠：Na2SiO3 , 硅酸钙：CaSiO3,(2)氧化物法：复杂的硅酸盐表示一般用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。,硅酸钠：Na2O.SiO2石棉：CaO.3MgO.4SiO2普通玻璃的大致成分：N a2O.CaO.6SiO2水泥的主要成分： 3CaO.SiO2; 2CaO. SiO2; 3CaO.Al2O3, 黏土的主要成分：Al2O3. 2SiO2.2H2O,例如：硅酸钠：Na2SiO3： ；高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4表示为： ；长石：KAlSi3O8表示为： ；钠长石：N aAlSi3O8表示为： ；,改写规律：,1、顺序：活泼金属氧
10、化物 . 较活泼金属氧化物 . 二氧化硅.水,2、改写原则： （1）各原子个数比符合原来的组成， 若出现分数应 化为整数。 （2）各元素的化合价不能改变。,特别提醒：硅酸盐写成氧化物的形式，是为了简化对硅酸盐组成的表示方法，实际上硅酸盐不是以简单氧化物的形式存在。,3硅酸盐的性质：,硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数难溶于水，化学性质很稳定 。,Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3,1、最常见的硅酸盐Na2SiO3的物理性质,易溶于水，俗名泡花碱，水溶液俗称水玻璃，呈碱性，具有黏合性,2、Na2SiO3的化学性质,（1）与酸反应：Na2SiO3 + 2
11、HCl = 2NaCl +H2SiO3,（2）具有很强的热稳定性，即能耐高温。(实验4-2）,3、硅酸的用途-制备硅胶和木材防火剂,思考：结合性质，Na2SiO3溶液应如何保存？,4三种常见的硅酸盐产品,水泥、玻璃、陶瓷是传统的、重要的无机非金属材料。,5特殊功能的含硅物质（阅读教材） （1）金刚砂（SiC）具有类似 金刚石 的结构，硬度 大 ，可以用作砂纸、砂轮磨料。 （2）硅钢（含硅4）具有很高的 导磁性 ，主要用作变压器铁芯。 （3）硅橡胶：既耐 高温 又耐 低温 ，可用于制造火箭，导弹的零件。 （4）人工制造的分子筛（具有均匀微孔结构的铝硅酸盐），主要用作 吸附剂 和 催化剂 6新型陶
12、瓷：主要有 、 、 、 几类。,四、硅单质,1、地壳中的存在,硅在地壳中的含量仅次于氧，在地壳中居第二位， 主要以氧化物及其硅酸盐的形式存在， 自然界中无游离态的硅。,2、硅的结构,单质硅有 晶体硅 和 无定形 两类。 晶体硅的结构与金刚石的结构相似。,晶体硅是有 金属 光泽的 黑色固体，熔点 高 、 硬度 大 、有 脆性 性，是良好的 半导体材料 。,3、硅的物理性质,与强碱溶液反应：Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2,4、硅的化学性质,（1）在常温下，硅单质的化学性质不活泼，除氟气（F2）、氢氟酸（HF）和强碱外，硅与其他物质如O2、 Cl2、 H2SO4、HN
13、O3均不反应。,Si + 2F2 = SiF4,Si + 4HF = SiF4 + 2H2,讨论：能与NaOH溶液反应的产生H2的单质一定是铝吗？,（2）在加热或高时，能与O2、 Cl2、C等反应,Si+C =高温=Si C,Si+O2=高温=Si O2,Si+2Cl2=高温=Si Cl4,5、硅的用途,半导体材料、新型能源（如光电池）,例2、在无机非金属材料中硅一直扮演着重要的角色， 下面几种物质中含有硅单质的是（ ） A、玛瑙 B、光导纤维 C、太阳能电池板 D、水晶,5、硅的制备,（1）粗硅的制备：SiO2 + 2C 高温 Si（粗硅）+2CO,（2）纯硅的制备： Si（粗硅） + 2C l2高温 = Si C l4,Si C l4+2H2= Si（纯硅） +4HC l,
