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1、黄山泰山昆仑山第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅学习目标：一、了解二氧化硅的结构，掌握二氧化硅的一、了解二氧化硅的结构，掌握二氧化硅的 化学性质；化学性质；二、掌握硅酸的性质及其用途；二、掌握硅酸的性质及其用途；1、画出碳和硅的原子结构示意图、画出碳和硅的原子结构示意图分析：分析：既不易失电子，又不易得电子，既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。2、常温下，单质碳、硅的化学性质都不常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有，硅以什么（金刚石）存在，而
2、硅却没有，硅以什么形式存在的？形式存在的？硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，所以在氧化气氛包围的地氧相互化合的，所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在。盐形式存在。一、二氧化硅一、二氧化硅（12%）结晶形：石英结晶形：石英无定形（沙子）无定形（沙子）水晶水晶玛瑙玛瑙1、存、存 在在硅石硅石SiO2、结构、结构结构：结构：SiO2晶体的基本结构单元呈晶体的基本结构单元呈 体，每个体，每个Si原子周围结合原子周围结合 个个O，每个，每个O原子跟原子跟 个个Si相结合，相结合，Si与
3、与O原子按原子按 的比例组成的比例组成 的晶体。的晶体。正四面正四面422:1立体网状结构立体网状结构3、用途、用途主要用作装饰、石英坩埚、光纤主要用作装饰、石英坩埚、光纤物理性质：物理性质：SiO2 溶于水，熔点溶于水，熔点 ，硬度，硬度 。难高大化学性质：化学性质：性质稳定，不活泼，具有酸性氧化物的性质稳定，不活泼，具有酸性氧化物的通性。通性。SiO2 +CaO =CaSiO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O高温高温高温高温（1）是酸性氧化物是酸性氧化物Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗名水玻璃，是一种矿物胶可溶于水，其水溶液俗名水玻璃，是一种矿物胶A A、与强碱生成硅酸盐
4、和水、与强碱生成硅酸盐和水B B、与碱性氧化物生成盐、与碱性氧化物生成盐（2）难溶于水，不与水反应难溶于水，不与水反应4HF+SiO2=SiF4+2H2O （3）SiO2的特性的特性 与氢氟酸（与氢氟酸（HF）反应）反应*用途：雕刻玻璃用途：雕刻玻璃二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状态状态物理性质物理性质化化学学性性质质与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与酸反应与酸反应 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=NaN
5、a2 2SiOSiO3 3 H H2 2OOSiOSiO2 2CaOCaO=CaSiO=CaSiO3 3固固 态态熔点低、可溶于水熔点低、可溶于水气气 态态熔点高、硬度大、熔点高、硬度大、难溶于水难溶于水 SiOSiO2 2 4HF4HF=SiF=SiF4 4 2H2H2 2O O 人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤装饰、石英坩埚、光纤二氧化硅的物理和化学性质和用途二氧化硅的物理和化学性质和用途讨论：讨论：1、为什么实验室中盛放、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含（玻璃中含SiO2）？）？2、实验室能否用玻璃
6、实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？瓶保存氢氟酸？用塑料瓶保存氢用塑料瓶保存氢氟酸氟酸想一想想一想：怎样设计实验制取：怎样设计实验制取H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？二、硅酸二、硅酸 （H2SiO3）温馨提示：CO2H2OH2CO3，但是，但是SiO2不能与水直接不能与水直接化合成化合成H2SiO3。(1)性质:硅酸是一种白色固体，溶解度很小，而且是一种硅酸是一种白色固体，溶解度很小，而且是一种弱酸弱酸,酸性比酸性比H2CO3还弱。还弱。(2)制备:制取原理：强酸制弱酸制取原理：强酸制弱酸现象现象结论结论化学方化学方程式程式离子方离子方程式程式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶滴入酚酞后
7、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液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸。盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸。阅读课本阅读课本P65并并探究实验探究实验4-1Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3SiO32-+2H+=H2SiO3 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干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凝胶，称为燥脱水就形成硅酸干凝胶，称为“硅胶硅胶”。常。常常常做干燥剂和催化做干燥剂和催化剂的载体。剂的载体。（3）用途SiO3
8、2-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3用什么实验事实能够证明用什么实验事实能够证明硅酸的酸性比碳酸弱？硅酸的酸性比碳酸弱？向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现白色浑浊，即用白色浑浊，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3，可证明，可证明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。（强酸制弱酸）弱。（强酸制弱酸）小结小结:1.介绍了硅元素在自然界中的存在和介绍了硅元素在自然界中的存在和含量含量2.二氧化硅的结构和性质二氧化硅的结构和性质3.硅酸制取原理和性质和硅胶的用途硅酸制取原理
9、和性质和硅胶的用途4.硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实1.下列物质中下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是不能用玻璃瓶来盛装的是 ()A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸纳溶液碳酸纳溶液2.要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最杂质，最适宜适宜的试剂是的试剂是（）A.纯碱溶液纯碱溶液 B.盐酸盐酸 C.硫酸硫酸 D.苛性钠溶液苛性钠溶液ACB3.下列物质中下列物质中,主要成分不是主要成分不是SiO2的是（的是（）A.金刚砂金刚砂 B.玛瑙玛瑙 C.水晶水晶 D.石英石英4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是能证明硅酸的
10、酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水。难溶于水。B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C.SiO2常温下是固体，常温下是固体，CO2常温下是气体常温下是气体 D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀AB5.下列物质的变化，不能通过一下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（步化学反应完成的是（）A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2O2Na2CO3 D.SiO2H2SiO3 D6.A是
11、一种天然透明晶体，是一种天然透明晶体，B是一种常是一种常见的无色无味的气体，可使澄清石灰水见的无色无味的气体，可使澄清石灰水变浑浊。变浑浊。A虽不能溶于强酸，但却能溶虽不能溶于强酸，但却能溶于氢氟酸，并生成气体于氢氟酸，并生成气体C，A和烧碱溶和烧碱溶液反应生成液反应生成D的水溶液，当气体的水溶液，当气体B通入通入D的水溶液中，能生成白色胶状沉淀的水溶液中，能生成白色胶状沉淀E，E加热后重新生成加热后重新生成A。（1）写出化学式）写出化学式A 、B 、C 、D 、E 。（2）写出有关反应的化学方程式。）写出有关反应的化学方程式。如何用如何用SiO2制取制取Na2SiO3？（用化学方程式来表示）
12、（用化学方程式来表示）n n77实实验验、硅酸钠：水溶液俗称硅酸钠：水溶液俗称“水玻璃水玻璃”，具有，具有粘性粘性和和阻燃性阻燃性。木材防火剂及胶粘剂等。木材防火剂及胶粘剂等。放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论三、硅酸盐：三、硅酸盐：由硅、氧和金属组成的化合物的总称由硅、氧和金属组成的化合物的总称n n观观察察现现象并填写下表象并填写下表木条先变干，后燃烧木条先变干，后燃烧木条先变干，后燃烧木条先变干，后燃烧木条变干，不燃烧木条变干，不燃烧木条变干，不燃烧木条变干，不燃烧NaNa2 2SiOSiO3 3的水溶液可用作木材的防火剂的水溶液可用作木材的防火剂
13、的水溶液可用作木材的防火剂的水溶液可用作木材的防火剂硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：（2）、硅酸钠化学性质 硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO32、硅酸盐组成的表示（课本硅酸盐组成的表示（课本P77）用金属氧化物用金属氧化物 二氧化硅二氧化硅 水水 的化学式表示的化学式表示钾云母：钾云母：K2 H4 Al6 Si6 O24K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2 O把下列式子改写成氧化物的形式蛇纹石 H4Mg3Si2O9钙长石 CaAl2SiO6石
14、棉 CaMg3Si4O12长石 KAlSi3O8普通玻璃 CaNa2Si6O14黏土 Al2(Si2O5)(OH)43、硅酸盐产品及用途：陶瓷、玻璃、水泥、硅酸盐产品及用途：陶瓷、玻璃、水泥玻璃玻璃玻璃玻璃玻璃玻璃有色玻璃有色玻璃钢化玻璃钢化玻璃加入了不同的金属氧化物金属氧化物普通玻璃加热接近熔化熔化再急速冷却急速冷却（1）玻璃）玻璃原料：纯碱、石灰石、石英原料：纯碱、石灰石、石英设备：玻璃窑设备：玻璃窑条件：高温熔融条件：高温熔融主要反应：主要反应：主要成分：硅酸钠、硅酸钙、主要成分：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+N
15、a2CO3=Na2SiO3+CO2 高温水泥水泥（2）水泥）水泥原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑条件：煅烧条件：煅烧主要成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝主要成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等酸三钙等陶器陶器瓷器瓷器描述景德镇的描述景德镇的陶瓷有这样一陶瓷有这样一句话句话:薄如纸薄如纸,声声如磬如磬,色如色如玉玉.（3）陶瓷）陶瓷原料：黏土原料：黏土条件：高温烧结条件：高温烧结产产品品主要原料主要原料主要主要设备设备反反应应条件条件主要成分主要成分水水泥泥粘土、石灰粘土、石灰石、石膏石、石膏水泥回水泥回转转窑窑 高温高温硅酸三硅酸三钙钙：3CaOSi
16、O3CaOSiO2 2硅酸二硅酸二钙钙：2CaOSiO2CaOSiO2 2铝铝酸三酸三钙钙：3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3玻玻璃璃纯纯碱、石灰碱、石灰石、石英石、石英玻璃窑玻璃窑高温高温NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 2硅酸盐产品简介 新型新型无机非金属材料的优点：无机非金属材料的优点：1、能承受高温，强度高、能承受高温，强度高2 2、具有电学特性、具有电学特性3 3、具有光学特性、具有光学特性4 4、具有生物功能、具有生物功能新型无机非金属材料之一：新型无机非金属材料之一：高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷新型陶瓷新型陶
17、瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等三、硅单质三、硅单质（Si）2、物理性质：、物理性质：3、化学性质、化学性质有金属光泽的灰黑色固体，熔点有金属光泽的灰黑色固体，熔点 高，硬度大。高，硬度大。1、存在形式、存在形式晶体硅无定形硅你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质学性质化学性质：化学性质：(不活泼）不活泼）常温下，硅的化学性质不活泼，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，硅也能跟一应，但在加热情况下，硅也
18、能跟一些非金属反应。些非金属反应。在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和 NaOH溶液反应。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2SiO2 SiO23 3、硅的用途、硅的用途集成电路、晶体管、硅整流器等半集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、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硅的合金可用来制造变压器铁芯等。集成电路集成电路 晶体管晶体管工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅SiO22CSi(粗)2CO ，又能跟氯气反应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：Si(粗)2Cl2SiCl4 ，SiCl42H2Si(纯)4HCl。根据以上反应回答下列问题：（1）反应中焦炭做（）A.还原剂 B.氧化剂 C.二者都不是（2）反应 属于（），反应 属于（）A.化合反应 B.分解反应 C.氧化还原反应 D.非氧化还原反应 E.置换反应4、硅的工业制备、硅的工业制备AAE