1、湖南省长沙市一中卫星远程学校,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,你知道硅谷吗？,你知道硅谷吗？,高技术产业开发区,电子技术研究中心, 计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州 圣弗朗西斯科南端.,你知道硅谷吗？,高技术产业开发区,电子技术研究中心, 计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州 圣弗朗西斯科南端.,你知道硅谷吗？,高技术产业开发区,电子技术研究中心, 计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州 圣弗朗西斯科南端.,Si元素在地壳中的含量排在第几位？,你知道吗？,湖南省长沙市一中卫星远程学校,锦绣中华,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
2、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。,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？,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）,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
3、？,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）,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？,思考3：比较碳、硅亲合氧的能力。,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、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。, 因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。,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？,思考3：比较碳、硅亲合氧的能力。,一、二氧化硅,一、二氧化硅,12,一、二氧化硅,12,结晶形,一、二氧化硅,12,结晶形,无定形,一、二
4、氧化硅,12,结晶形,无定形,硅石,晶体二氧化硅,晶,晶体二氧化硅,无定形二氧化硅,晶,SiO2的结构,SiO2的结构,正四面体 空间网状结构 硅氧原子比例：1 : 2 没有SiO2 分子存在， 只存在硅氧原子,其性质主要与结构有关： 正四面体空间网状结构,SiO2的结构,正四面体 空间网状结构 硅氧原子比例：1 : 2 没有SiO2 分子存在， 只存在硅氧原子,二氧化硅的用途,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。,二氧化硅的用途,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
5、用。,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术， 不用开刀,湖南省长沙市一中卫星远程学校,透过图片思考: 二氧化硅具有哪些物理性质? 化学稳定性如何? 你的根据是什么? SiO2的这些性质是由什么决定的？,不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。,1. 物理性质：,一、二氧化硅,思考：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？,思考：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？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应 生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口 粘在一起。,一、二氧化硅,2.化学性质, 是酸性氧化物,一、二氧化硅,2.化学性质,SiO
6、2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O, 是酸性氧化物,一、二氧化硅,2.化学性质,SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O,高温, 是酸性氧化物,一、二氧化硅,2.化学性质, 不能与水反应,SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O,高温, 是酸性氧化物,一、二氧化硅,2.化学性质,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么关系？,2.化学性质,一、二氧化硅,特性：（与氢氟酸反应）,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么关系？,2.化学性质,一、二氧化硅,特性：（与氢氟酸反应）,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么关系？,2.化学性质,一、二氧化硅,特性：（与氢氟酸反应）,玻璃花雕
7、刻工艺和我们化学有什么关系？,高温,电炉,2.化学性质,一、二氧化硅,特性：（与氢氟酸反应）,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么关系？,工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户”！,高温,电炉,2.化学性质,一、二氧化硅,弱氧化性,特性：（与氢氟酸反应）,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么关系？,工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户”！,高温,电炉,2.化学性质,一、二氧化硅,随堂练习,随堂练习,随堂练习,随堂练习,随堂练习,随堂练习,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,气 态,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,固 态,气 态,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,
8、固 态,熔沸点低,气 态,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,不反应,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,不反应,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+
9、2NaOH=Na2CO3+H2O,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2S
10、iO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,高温,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,
11、熔沸点高、硬度大,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,高温,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,SiO2 4HF=SiF4 2H2O,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,高温,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态
12、,熔沸点高、硬度大,SiO2 4HF=SiF4 2H2O,人工降雨，灭火等,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,高温,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反应,SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O,固 态,熔沸点低,气 态,熔沸点高、硬度大,SiO2 4HF=SiF4 2H2O,人工降雨，灭火等,装饰、石英坩埚、光纤等,二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较,高温,探究实验4-1,二、硅酸,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色 变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,a
13、、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与 盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅 酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅 酸沉淀。,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色 变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与 盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅 酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅 酸沉淀。,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色 变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,SiO32- + 2H+ = H2SiO3,Na2SiO3 + 2HCl = 2N
14、aCl + H2SiO3,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与 盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅 酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅 酸沉淀。,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色 变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,问题1： 怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？,硅酸的酸性比盐酸弱，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。,问题2：,问题1： 怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？,硅酸的酸性比盐酸弱，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。,问题2：,可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸
15、,问题1： 怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？,硅酸的酸性比盐酸弱，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。,问题2：,可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸,Na2SiO3 + CO2+H2O = Na2CO3 + H2SiO3,小结,性质：,不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）,小结,性质：,不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O,小结,性质：,不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）,制法：,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O,小结,性质：,不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）,制法：,SiO32-
16、+ 2H+= H2SiO3,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O,小结,性质：,不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）,制法：,SiO32- + 2H+= H2SiO3,SiO32- + H2O +CO2 =H2SiO3+ CO32-,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O,小结,性质：,生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经 干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。常常用做干燥剂。,用途,三、硅酸盐,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,三、硅酸盐,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,1. 硅酸钠（Na2SiO3） 溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、 木材防火剂等,三
17、、硅酸盐,放入蒸馏水,现象,结论,放入Na2SiO3溶液,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,1. 硅酸钠（Na2SiO3） 溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、 木材防火剂等,实验4-2,三、硅酸盐,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后燃烧,放入Na2SiO3溶液,水份蒸发后不燃烧,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,1. 硅酸钠（Na2SiO3） 溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、 木材防火剂等,实验4-2,三、硅酸盐,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后燃烧,放入Na2SiO3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,硅酸盐的结构很复杂，一
18、般都不溶于水。,1. 硅酸钠（Na2SiO3） 溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、 木材防火剂等,实验4-2,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,3MgOCaO4SiO2,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,3MgOCaO4SiO2,K2OAl2O36SiO2,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,3MgOCaO4SiO2,K2OAl2O36SiO2,CaONa2O6SiO2,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,3MgOCaO4SiO2,K2OAl2O36SiO2,CaON
19、a2O6SiO2,Al2O32SiO22H2O,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,Na2OSiO2,3MgOCaO4SiO2,K2OAl2O36SiO2,CaONa2O6SiO2,Al2O32SiO22H2O,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,2. 硅酸盐组成表示,三、硅酸盐,无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,3. 硅酸盐产品,三、硅酸盐,硅酸盐产品简介：,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,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,高压
20、钠灯,透明氧化铝陶瓷,湖南省长沙市一中卫星远程学校,生 物 陶 瓷 应 用,湖南省长沙市一中卫星远程学校,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,湖南省长沙市一中卫星远程学校,四、硅单质,四、硅单质,1. 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,四、硅单质,1. 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2. 物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石， 熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,四、硅单质,1. 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2. 物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石， 熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,导电性介于导体和绝缘体之间。,四、硅单质,1. 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2. 物理性质：
21、晶体硅的结构类似于金刚石， 熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,3. 化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼,导电性介于导体和绝缘体之间。,四、硅单质,1. 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2. 物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石， 熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,3. 化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼,导电性介于导体和绝缘体之间。,Si + O2 = SiO2,4. 制法,SiO2 + 2C = Si + 2CO,高温,4. 制法,SiO2 + 2C = Si + 2CO,高温,4. 制法,SiO2 + 2C = Si + 2CO,高温,硅单质,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）,
