第四章非金属材料及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅1 、硅的原子结构硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。一一、硅硅Si+148 42 +642C2、硅的存在形式、硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的和土壤、约占地壳总量的90%90%以上。以上。 硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。的形式存在。碳碳统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。硅硅统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2）（1） SiO2的存在形态的存在形态无定形（硅藻土）无定形（硅藻土） （石英晶体）（石英晶体）玛瑙玛瑙水晶水晶水晶水晶玛瑙玛瑙( (无色透明无色透明) )( (彩色环带或层状彩色环带或层状) )硅石硅石结晶形结晶形（2）二氧化硅的晶体结构）二氧化硅的晶体结构CO2的晶体的晶体结构构SiO2的晶体的晶体结构构 SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按1:2的比例所的比例所组成的立体网状成的立体网状结构的构的晶体。因此，通常用晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的来表示二氧化硅的组成。成。 SiO2不是不是分子式，而是化学式分子式，而是化学式（晶体中原子个数最（晶体中原子个数最简单的整数比）的整数比）。【SiO4】四面体四面体结构构 SiO2的网状的网状结构决定了它具有构决定了它具有优良的物理和化学性良的物理和化学性质，加上，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地广泛地应用着。用着。光导纤维光导纤维石英坩埚石英坩埚玻璃仪器玻璃仪器精美瓷器精美瓷器 根据根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：的存在和应用，请你分析以下问题： SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？什么？SiO2的这些性质是由什么决定的？的这些性质是由什么决定的？思考与交流：思考与交流：物理性质：物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。化学性质很稳定，不活泼。 原因：原因：SiO2的这些性质主要与它的结构有关，的这些性质主要与它的结构有关， SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。酸性氧化物酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+ CaO = CaSiO3 （3）化学性质）化学性质: 高温高温 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？用橡胶塞而不用玻璃塞？ 因为因为碱液会跟玻璃塞中的碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成反应，生成的的硅酸钠会把硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。 硅酸钠，水溶液俗硅酸钠，水溶液俗名名“水玻璃水玻璃”，具有，具有黏性，可用作粘合剂，黏性，可用作粘合剂，也可用来制备硅胶和也可用来制备硅胶和木材防火剂等。木材防火剂等。与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2OCO2+ CaO = CaCO3 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 +H2OCO2 + H2O = H2CO3CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3CO2+ C = 2CO 与与C的反应的反应 SiO2+ 2C = Si + 2CO 高温高温与某些盐的反应与某些盐的反应 SiO2+ Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高温高温 SiO2+ CaCO3 = CaSiO3 + CO2 高温高温反应原理：高沸点物质制低沸点物质。反应原理：高沸点物质制低沸点物质。 SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸。不溶于水，不能与水反应生成硅酸。 HF是唯一可以与是唯一可以与SiO2 发生反应的酸发生反应的酸，此反应用来雕，此反应用来雕刻玻璃。刻玻璃。SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O与与HF的反应（的反应（ SiO2的特性）的特性）2 2、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 不不能能。HF能能腐腐蚀玻玻璃璃，要要用用塑塑料料瓶瓶装装，制制取取HF也也不不能能用用玻玻璃璃器器皿皿而而要用要用铅皿。皿。 1、某同学根据某同学根据SiO2既可与既可与氢氧化氧化钠反反应，也能与，也能与氢氟酸反氟酸反应，推断，推断SiO2为两性氧化物。是否正确两性氧化物。是否正确? 不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。般的酸反应，只是属于酸性氧化物。【思考与交流思考与交流】2、硅酸（、硅酸（H2SiO3） H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸还弱）是很弱的酸（酸性比碳酸还弱）,不能使指不能使指示剂变色。示剂变色。 思考：思考：如何制得硅酸？能用如何制得硅酸？能用SiO2与水反应制得吗？与水反应制得吗？ 由于由于SiO2不容于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐不容于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。与其它酸反应制得的。实验视频实验视频 实验实验4-1现象现象结论结论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透明的、胶冻状的硅酸凝胶产生明的、胶冻状的硅酸凝胶产生 Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl = H2SiO3+2NaCl（1 1）硅酸的制备）硅酸的制备不不稳定（比定（比H2CO3稳定），受定），受热易分解易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2弱酸性弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3（2）硅酸的性质硅酸的性质思考：怎思考：怎样由二氧化硅制取硅酸？由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反应原理：强酸制弱酸反应原理：强酸制弱酸（3）硅胶硅胶制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “ “硅胶硅胶”用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。逐渐聚合逐渐聚合干燥脱水干燥脱水1、关于二氧化硅、关于二氧化硅说法法错误的是（的是（ ） A、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。 B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。 C、二氧化硅能与、二氧化硅能与氢氟酸反氟酸反应，又能与，又能与烧碱反碱反应，所，所以它是两性氧化物。以它是两性氧化物。 D、二氧化硅和二氧化碳在物理性、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差上有很大差别。AC【课堂练习课堂练习】2、下列、下列说法正确的是（法正确的是（ ） A、SiO2溶于水溶于水显酸性酸性 B、二氧化硅也叫硅、二氧化硅也叫硅酐 C、SiO2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、因高温、因高温时SiO2与与Na2CO3反反应放出放出CO2，所以硅酸，所以硅酸酸性比碳酸酸性比碳酸强强B