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1、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,硅和二氧化硅,一、硅,从原子角度认识硅原子,C,Si,既不易失去电子，也不易得到电子，所以,硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,1、存在：,硅元素在地壳中的含量居第二位。没有游离态，只有化合态。(如：二氧化硅和硅酸盐)最常见的沙子中，就含有硅的氧化物。,晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆、熔沸点高的固体。单质硅是良好的半导体材料。,硅有晶体硅和无定形硅 两种同素异形体,2、晶体硅的物理性质:,3、硅的化学性质,（1）常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气，氢氟酸，强碱外，不与其他物质反应,Si+4HF=SiF4+2H2,Si+2F2=S
2、iF4,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,(2)加热条件下，Si能与一些非金属反应,Si+O2=SiO2,Si+2Cl2=SiCl4,Si+C=SiC（金刚砂）,晶体管、集成电路、太阳能电池、硅合金等。,硅的用途,晶体管,集成电路,太阳能电池,二、二氧化硅（SiO2）,1、存在,天然的 SiO2 硅石,有结晶形（石英晶体）无定形硅藻土,水晶玛瑙,2、SiO2的结构,SiO2晶体有多种晶型，基本结构单元是（），每个Si周围结合（）个O，Si在中心，O在4个顶角，许多这样的四面体又通过顶角的O相连，每个O为两个四面体所共有，即每个O跟（）个Si结合，实际上，SiO2晶体是由Si和O
3、按（）的比例组成的（）结构的晶体，因此通常用SiO2来表示二氧化硅的组成,正四面体,4,2,1:2,立体网状,3、SiO2的性质,物理性质：,纯净的SiO2晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水,化学性质,（1）二氧化硅是酸性氧化物，能与碱和碱性氧化物反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+CaO=CaSiO3,SiO2+Na2O=Na2SiO3,高温,高温,思考,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶而橡皮塞而不用玻璃塞？,因为玻璃的主要成分是SiO2，NaOH可以跟发生反应，生成有粘性的硅酸钠，使瓶和塞粘合。,一般玻璃都是光滑的、透明的，但是同学们也常见到一些玻璃制品，如玻璃镜
4、、门、窗等画有许多美丽的图案，这些图案是怎么绘制上去的呢？,？,（2）特性：,虽然SiO2是酸性氧化物，但却能与氢氟酸反应,SiO2+4HFSiF4+2H2O,是唯一可以与SiO2反应的酸,氢氟酸可腐蚀玻璃（主要成分是SiO2），故不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶，实验室制备氢氟酸需在铅皿中经行。,？,SiO2既可以与碱反应又可以与酸反应，为什么它不是两性氧化物？而是酸性氧化物呢？,（3）弱氧化性：,SiO2+2C=Si+2CO,高温,（工业制粗硅）,（4）高温下与碳酸盐反应，生成硅酸盐，放出CO2气体,Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2,高温,CaCO3+SiO2=CaSiO3
5、+CO2,高温,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,能,能,HF,CO2+H2O=H2CO3,（1）SiO2是制取Si的原料（2）SiO2是制造光导纤维的主要原料（3）石英可用来制石英玻璃，石英电子 表，石英钟等（4）水晶常用来制造电子工业的重要部件，光学仪器，工艺品等（5）石英砂常用来制玻璃和做建筑材料,4、SiO2的用途,CO2H2OH2CO3，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3，这是一个特性。,思考：刚才讲到SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢？,三、硅酸（H2SiO3）,H2SiO3是SiO2的对应水化物（SiO
6、2是H2SiO3的酸酐），是一种不溶性酸，是一种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。不能使紫色石蕊试液变红,（1）制法可溶性硅酸盐与酸反应：,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、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。,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,实验4-1,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,SiO32-+2H+=H2SiO3,Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3,SiO32-+H2O+CO2
7、=CO32-+H2SiO3,用H2CO3可制得H2SiO3，可证明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,（2）酸性太弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,（3）不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,H2SiO3=H2O+SiO2,四、硅酸盐,硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，所有硅酸盐中除硅酸钠、硅酸钾、硅酸铵外其他的金属硅酸盐都不溶于水，化学性质很稳定。硅酸盐分布极广，种类繁多，约占矿物总类的1/4，构成地壳总质量的80%。硅酸盐组成非常复杂，其组成表示方法一般有两种,（1）盐化学式法此法用于组成简单的硅酸盐如硅酸钠：Na2SiO3 硅酸钙
8、：CaSiO3,（2）盐氧化物法：,钾长石K2OAl2O36SiO2 或K2Al2Si6O16高岭土Al2O32SiO22H2O 或Al2H4Si2O9白云母K2OAl2O36SiO22H2O 或 K2H4Al2(SiO3)6,1、硅酸盐组成的表示方法,书写原则：,顺序按先金属（金属又按活泼性排列），再SiO2，最后H2O，中间用“”间隔,注意改写后应与原来化学式中的原子个数之比相同,各元素写成相应的氧化物，元素化合价保持不变,练习,用盐氧化物法表示下列硅酸盐:蛇纹石：H4Mg3Si2O9钙长石：CaAl2SiO6 长石：KAlSi3O8,3MgO2SiO22H2O,CaOAl2O3SiO2,
9、K2OAl2O36SiO2,2、传统的三大硅酸盐产品水泥、玻璃、陶瓷,1.水泥工业,水 泥,原料,设备,反应条件,水泥成分,石灰石、黏土、辅助原料(包括石膏),水 泥 回 转 窑,高温,硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3,主要性质,水硬性,2.玻璃一种较为透明的固体物质，广泛应用于建筑物，用来隔风或透光.,玻 璃,主要性质原料设备反应条件成分,无固定熔点,纯碱、石灰石、石英,玻璃熔炉,高温,Na2OCaO6SiO2,3.陶瓷,陶瓷的起源,远古时代，由于人们在长期生活中经常与泥土打交道，逐渐发现泥土与适量水混合后就具有黏性和可塑性，可以随意把它塑造
10、成各种形状。在太阳下晒干后，泥土变硬，再经过火烧到一定的温度，泥坯变得坚硬，就既不怕水又耐火了。人类创造的第一个新物质-陶瓷，从此就诞生了。人类文明得到进步.,古代制陶过程,陶瓷,主要原料：粘土（其主要成分为Al2O32SiO22H2O）,现代陶瓷的应用,陶瓷刀,氮化硅陶瓷转子,高速轴承,陶瓷发热片,光学陶瓷,陶瓷骨骼,水泥回转窑,硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是一种无色晶体，熔点高硅酸钠易溶于水，她的水溶液俗称“水玻璃”Na2SiO3 的水溶液呈碱性 Na2SiO3溶液易吸收空气中的CO2:Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3 因此硅酸钠要密封保存硅酸钠用途：建筑工业和造纸工业用它来做黏合剂，木材织物用水玻璃浸泡过后及防腐又不易着火,实验,
