第四章非金属及其化合物l第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角 硅硅Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地壳中元素质量分数地壳中元素质量分数硅的氧化物硅的氧化物及硅酸盐构及硅酸盐构成了地壳中成了地壳中大部分的岩大部分的岩石、沙子和石、沙子和土壤，约占土壤，约占地壳的地壳的9090以上。以上。大规模集成电路大规模集成电路画出硅的原子结构示意图画出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，主既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。要形成四价的化合物。硅元素硅元素与谁的结构相似？与谁的结构相似？ 碳碳l硅是一种硅是一种亲氧亲氧元素，在自然界中主元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。要以氧化物及硅酸盐的形式存在。一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸（1）存在）存在硅石（硅石（12%）结晶形：石英结晶形：石英无定形：硅藻土无定形：硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙1 1、二氧化硅、二氧化硅石英石英水晶石英晶体是结晶的二氧石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的的晶体就是通常所说的水晶水晶紫水晶紫水晶蔷薇石英蔷薇石英茶水晶茶水晶黄水晶黄水晶玛瑙玛瑙石英具有石英具有彩色环状彩色环状或层状的或层状的称为称为玛瑙玛瑙。沙子中含有小粒的石英晶体。沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是沙子的主要成分就是SiOSiO2 2光光导导纤纤维维光缆光缆（2）二氧化硅的用途：）二氧化硅的用途：光导纤维光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品光纤视频光纤视频玛瑙饰品玛瑙饰品SiO二氧化硅的晶体结构二氧化硅的晶体结构思考：思考： 为什么二氧化硅为什么二氧化硅和二氧化碳物理和二氧化碳物理性质有这性质有这么么大的大的差别？差别？结构决定性质：结构决定性质： SiO2的立体网状结构的立体网状结构物理性质：熔点高，硬度大的固体；物理性质：熔点高，硬度大的固体；物理性质：熔点高，硬度大的固体；物理性质：熔点高，硬度大的固体；不溶于水，纯净的不溶于水，纯净的不溶于水，纯净的不溶于水，纯净的SiOSiO2 2晶体无色透明。晶体无色透明。晶体无色透明。晶体无色透明。化学性质：化学性质：化学性质：化学性质：很稳定（化学性质很不活泼）。很稳定（化学性质很不活泼）。很稳定（化学性质很不活泼）。很稳定（化学性质很不活泼）。思考思考实验室中盛放碱液的试剂瓶与实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么？为什么 ？1.1.玻璃中含有玻璃中含有SiOSiO2 2，从物质，从物质组成和性质角度来分类，组成和性质角度来分类， SiOSiO2 2属于哪类物质？属于哪类物质？2. SiO2. SiO2 2可能具有哪些化学性质？可能具有哪些化学性质？与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应： 与碱反应与碱反应 SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O1 1、具有酸性氧化物的通性、具有酸性氧化物的通性SiOSiO2 2的化学性质的化学性质高温高温SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3化学性质很不活泼，氢氟酸（化学性质很不活泼，氢氟酸（ HF）是是唯一唯一可以与之反应的酸。可以与之反应的酸。SiO2+4HF=SiF4+2H2O玻璃中含有玻璃中含有SiO2，所以可以用，所以可以用HF来刻蚀玻璃。来刻蚀玻璃。2 2、特殊性、特殊性在玻璃表面涂上一层石蜡在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡洗掉酸并去掉石蜡3、弱氧化性、弱氧化性Si02高温下与高温下与C作用可制取粗硅作用可制取粗硅 2C+SiO2 Si+2CO高温高温性性 质质二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2) )二氧化硅二氧化硅(SiO(SiO2 2) )SiOSiO2 2与与COCO2 2化学性质的比较化学性质的比较 COCO2+H+H2O=HO=H2COCO3COCO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2COCO3 3+H+H2OOCOCO2+Na+Na2O=NaO=Na2COCO3SiOSiO2+4HF=SiF+4HF=SiF4 +2H +2H2OOSiOSiO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2SiOSiO3+H+H2OOSiOSiO2+ CaO = CaSiO+ CaO = CaSiO3高温高温酸性氧化物酸性氧化物与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应 1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（的化合物不具有的性质是（ ） A.熔点很高熔点很高 B.与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸 C.可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 D.坚硬坚硬B2.要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜杂质，最适宜的试剂是（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B 3.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A2.2.硅酸硅酸( ( ) ) 硅酸是一种硅酸是一种固体固体，它，它不溶于不溶于水水；是一种；是一种弱弱酸，酸，不能使指示剂不能使指示剂变色变色。 H H2 2SiOSiO3 3硅酸凝胶经硅酸凝胶经干燥脱水后得到干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝多孔的硅酸干凝胶，称为胶，称为“硅胶硅胶”。常做干燥剂和催常做干燥剂和催化剂的载体化剂的载体。思考思考二氧化硅难溶于水，又二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那不与水反应，那么，么，如何制如何制得硅酸呢？得硅酸呢？可溶性硅酸盐与其他酸反应制得可溶性硅酸盐与其他酸反应制得 实验实验4-1：向饱和：向饱和Na2SiO3溶溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色 Na2SiO3溶液呈碱性溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl实验探究：实验探究：滴入盐酸红色变浅并消失，滴入盐酸红色变浅并消失，有透明凝胶产生有透明凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水知识拓展：知识拓展： 把稀硫酸加入到把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，溶液中，会有什么现象？会有什么现象？现现 象象结结 论论方程式方程式滴入硫酸有凝胶产生滴入硫酸有凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4活动与探究：活动与探究： 硅酸是一种硅酸是一种比碳酸还要弱比碳酸还要弱的酸。请的酸。请利用中学实验室常见的仪器及药品，设利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱。酸弱。（2）硅酸的存在）硅酸的存在l硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸溶胶硅酸溶胶 l 硅酸浓度较大时则形成硅酸浓度较大时则形成硅酸凝胶硅酸凝胶l硅酸凝胶干燥脱水硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶，硅酸干凝胶， 又称为又称为硅胶硅胶 ，吸附水分能力强，吸附水分能力强，l常用作常用作 干燥剂干燥剂，也用作，也用作催化剂催化剂的载体的载体 1.1.硅酸的制备硅酸的制备（1 1） SiOSiO2 2不溶于水不溶于水，不能和水化合生成酸，不能和水化合生成酸, ,实验室通过实验室通过可溶性硅酸盐可溶性硅酸盐与与其他酸其他酸制得。制得。H2SiO3硅胶泳帽硅胶泳帽硅胶干燥剂硅胶干燥剂不溶于水、不透水不溶于水、不透水耐腐蚀、稳定耐腐蚀、稳定无味无毒无味无毒吸附水的能力强吸附水的能力强(1)(1)是一种很弱的酸是一种很弱的酸, ,酸性比碳酸还要弱酸性比碳酸还要弱NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=NaO=Na2 2COCO3 3+ H+ H2 2SiOSiO3 3 (2)(2)不稳定（比不稳定（比H H2 2COCO3 3稳定）受热易分解：稳定）受热易分解： (3)(3)硅酸在水中的溶解度很小。硅酸在水中的溶解度很小。H H2 2SiOSiO3 3 = SiO = SiO2 2+H+H2 2O O 2.2.硅酸的性质硅酸的性质 试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶细口瓶，磨口塞细口瓶，磨口塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞细口瓶，橡皮塞 1 1、实验室有几种试剂，根据它们各、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。行连线。2 2、下列说法正确的是（）、下列说法正确的是（）A ASiOSiO2 2溶于水显酸性溶于水显酸性B BCOCO2 2通通入入水水玻玻璃璃( (硅硅酸酸钠钠的的水水溶溶液液）可可得硅酸得硅酸C CSiOSiO2 2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸D DSiOSiO2 2晶体中不存在单个晶体中不存在单个SiOSiO2 2分子分子B D3.3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（事实是（ ） A.COA.CO2 2溶于水形成碳酸，溶于水形成碳酸，SiOSiO2 2难溶于水。难溶于水。 B.COB.CO2 2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.SiOC.SiO2 2常温下是固体，常温下是固体，COCO2 2常温下是气体常温下是气体 D.D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气气 体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀淀B 4. 4.下列物质的变化，不能通过一步化下列物质的变化，不能通过一步化学学 反应完成的是（反应完成的是（ ） A.COA.CO2 2HH2 2COCO3 3 B.SiO B.SiO2 2NaNa2 2SiOSiO3 3 C.Na C.Na2 2O O2 2NaNa2 2COCO3 3 D.SiO D.SiO2 2HH2 2SiOSiO3 3 D自然界中不存在单质硅；自然界中不存在单质硅；SiOSiO2 2具有酸性氧化物的通性；可与强具有酸性氧化物的通性；可与强碱、碱性氧化物反应；可与氢氟酸反碱、碱性氧化物反应；可与氢氟酸反应；应；由于由于SiOSiO2 2不溶于水也不与水反应，故不溶于水也不与水反应，故硅酸通过可溶性硅酸盐与其他酸反应硅酸通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得；硅酸的酸性比碳酸还弱。制得；硅酸的酸性比碳酸还弱。l硅酸盐的一般特点：硅酸盐的一般特点：一般不溶于水（除一般不溶于水（除NaNa、K K盐外）盐外）, ,化化学稳定性高。学稳定性高。种类繁多、结构复杂、构成地壳的种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。骨架。二、硅酸盐二、硅酸盐:由硅、氧和金属组成由硅、氧和金属组成的化合物的总称。的化合物的总称。长长石石滑滑石石石石棉棉高岭土高岭土黏土黏土lNaNa2 2SiOSiO3 3： NaNa2 2O OSiOSiO2 2lCaSiOCaSiO3 3： CaOCaOSiOSiO2 2l长石：长石：K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2l黏土：黏土：AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O Ol玻璃：玻璃：NaNa2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2l水泥：水泥： 3CaO3CaOSiOSiO2 2； 2CaO2CaOSiOSiO2 2； 3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3l通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：l活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiOSiO2 2 H H2 2O O练习：把盐化学式写成盐氧化物的练习：把盐化学式写成盐氧化物的形式：形式：蛇纹石：蛇纹石：H H4 4MgMg3 3SiSi2 2O O9 9钙长石：钙长石：CaAlCaAl2 2SiOSiO6 6蛇纹石：蛇纹石：3MgO3MgO2SiO2SiO2 22H2H2 2O O钙长石：钙长石：CaOCaOAlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2l通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：l活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiOSiO2 2 H H2 2O Ol硅酸钠硅酸钠l（1 1）无色晶体，熔点高）无色晶体，熔点高l（2 2）其水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性）其水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性l（3 3）硅酸钠溶液易吸收空气中的）硅酸钠溶液易吸收空气中的COCO2 2，要密封保存，要密封保存 用蒸馏水浸过用蒸馏水浸过用用NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液浸过浸过现象现象结论结论用途：用途：【实验实验42】水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸过的物品可以防火用水玻璃浸过的物品可以防火建筑工业和造纸工业用它做粘合剂。木材织建筑工业和造纸工业用它做粘合剂。木材织物用水玻璃浸泡过好既防腐又不易着火。物用水玻璃浸泡过好既防腐又不易着火。无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐产产品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃人面鱼纹盆人面鱼纹盆(陶瓷陶瓷)砖瓦砖瓦(陶瓷陶瓷)陶瓷陶瓷(China)(China)：以黏土原料，高温烧制以黏土原料，高温烧制硅酸盐产品硅酸盐产品水泥水泥: :以石灰石和黏土为原料，高温煅烧以石灰石和黏土为原料，高温煅烧后，加适量石膏，磨成细粉后，加适量石膏，磨成细粉硅酸盐产品硅酸盐产品玻璃玻璃: :以纯碱、石灰石和石英为原料，高以纯碱、石灰石和石英为原料，高温熔融温熔融 。普通玻璃普通玻璃: Na: Na2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2硅酸盐产品硅酸盐产品金刚砂金刚砂SiCSiC硅钢硅钢硅橡胶硅橡胶生物陶瓷生物陶瓷其他含硅元素的物质其他含硅元素的物质三、硅单质三、硅单质1 1、存在：、存在：2 2、物理性质：、物理性质：在自然界中，没有游离态的硅，只有在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。单质硅有化合态的硅。单质硅有晶体硅和无定晶体硅和无定形硅形硅两种。两种。晶体硅是带有晶体硅是带有金属光泽金属光泽的的灰黑色固灰黑色固体体，结构类似于金刚石，结构类似于金刚石，熔点熔点(1410(1410) )和沸点都很高，硬度大和沸点都很高，硬度大。在常温下，硅的化学性质可归纳为在常温下，硅的化学性质可归纳为“亲氟亲碱亲氟亲碱”即常温下可以和即常温下可以和F F2 2、HFHF、NaOHNaOH溶液反应，但与溶液反应，但与O O2 2、ClCl2 2、H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3都不反应，所以常温下硅单都不反应，所以常温下硅单 质的化学性质不活泼质的化学性质不活泼Si + O2 = SiO2Si + 2 Cl2 = SiCl4Si+2F2 = SiF4Si+4HF = SiF4 + 2H2Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+ 2H2常温下常温下加热时加热时3 3、化学性质：、化学性质： 晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是是良好的良好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池硅太阳能电池硅芯片硅芯片用途：用途：1 1、用于制造硅芯片、集成电路等半导体器件；、用于制造硅芯片、集成电路等半导体器件；2 2、制造太阳能电池；、制造太阳能电池；3 3、制造合金、制造合金SiSi晶体结构晶体结构晶体硅、无定形晶体硅、无定形空间构型：正四面体空间构型：正四面体物理性质物理性质色：金属光泽色：金属光泽态：灰黑色固体态：灰黑色固体熔点：高（熔点：高（14101410） 硬度：大硬度：大 质脆质脆化学性质化学性质常温下不活泼，与常温下不活泼，与HClHCl、H HSOSO、HNOHNO都不反都不反应应常温下能与常温下能与F F2 2、溶液反应、溶液反应高温下可发生下列反应高温下可发生下列反应i iC CSiCSiCSiSiO O2 2 SiOSiO2 2SiSi2Cl2Cl2 2SiClSiCl4 4用途：半导体材料、光电池材料、信息技术材料用途：半导体材料、光电池材料、信息技术材料小小结结SiSiO2与水与水O2F2氢氟氢氟酸酸与与NaOH与与CaO不反应不反应不反应不反应SiO24HFSiF4 2H2O不反应不反应2Si2NaOHH2ONa2SiO3 2H22NaOHSiO2 Na2SiO3H2OSiO2SiO2Si2F2SiF4Si4HFSiF4 2H2 CaOSiO2CaSiO3高温高温