《二氧化硅和硅酸》课件PPT
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SiO2＋CaO=CaSiO3
人工降雨，灭火等
SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O 装饰、石英坩埚、光导纤维
（3）二氧化硅的用途 光导纤维、装饰、石英坩埚
石英研钵
光导纤维
坩埚
水晶
光 学 纤 维 胃 镜
2、硅酸(H2SiO3) H2SiO3是一种白色胶状物质， 溶解度很小（白色沉淀）。 酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。
②特性 SiO2＋4HF====SiF4↑＋2H2O 氢氟酸（HF） 是唯一能与 SiO2反应的酸
氢氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。
③与盐反应：
高温 Na2CO3 + SiO2 ==== Na2SiO3 + CO2↑ 高温 ==== CaSiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2
④与碳单质反应：弱氧化性
SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3↓
（2）化学性质:
①弱酸性：只能与强碱发生中和反应。
H2SiO3 + 2NaOH ==== Na2SiO3 + 2H2O
②不稳定：受热易分解。 ∆ H2SiO3 ==== H2O + SiO2
（3）用途 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。
二、硅 酸 盐
1、定义： 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、性质： 硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的 可溶性硅酸盐是Na2SiO3、K2SiO3。
3、表示方法：
（1）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。
（2）氧化物法：
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅 →水。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素 按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 硅酸钠： Na2SiO3 Na2O·SiO2 硅酸钙： CaSiO3 CaO·SiO2 高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石：KAlSiO3不能写 K2O·Al2O3·3SiO2， 应写成K2O·Al2O3·6SiO2
掌握：酸性强弱顺序
HCl ＞ CO2
＞ H2SiO3
（1）【实验4-1】制取原则：强酸制取弱酸
现象 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，同时有白色胶状物质产生 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。
SiO2 + 2OH- == SiO3 2- + H2O
SiO2 ＋ CaO == CaSiO3
高温
图 4-6 实验室盛放 NaOH溶液的试剂瓶
1、实验室盛装NaOH 溶液的试剂瓶为什么
用橡胶塞而不用玻璃 塞？
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装 NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
4、硅酸盐在自然界的转化
硅酸盐是如何具有保肥能力的？
硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化 碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可 溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大 量的黏土形成土壤胶体，因其表面积巨 大且一般带负电，能吸附NH4+，K+等营 养离子，从而具有保肥能力。
5、硅酸钠（Na2SiO3） （1）、硅酸钠的物理性质 【实验4-2】 硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水 玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是 一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防 火剂。
3.化学性质： 在常温下,硅的化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸 和强碱外,硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、 硝酸等起反应。即： ① Si+4HF=SiF4+2H2↑ ② Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ ③Si+O2==SiO2 4.工业制粗硅： SiO2+2C ==== Si+2CO↑
2、新型材料： （1）具有特殊功能的含硅物质
①碳化硅
（SiC俗称金刚砂），具有 金刚石的结构。硬度很大，用 作砂纸、砂轮的磨料。 ②硅钢 （铁合金）导磁性良好， 用作变压器铁芯。
③硅橡胶
最好的既耐高温又 耐低温的橡胶。 ④分子筛 具有均匀微孔结构 的铝硅酸盐。
（2）新型结构陶瓷材料
高温、压电、透明、超导
结论
化学方 Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3（胶体） 程式 离子方 程式
SiO32- + 2H+ == H2SiO3 （胶体）
用什么实验事实能够证明 硅酸的酸性比碳酸弱？
酸制取酸原则：较强酸制取较弱酸， 高沸点 制取低沸点。
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H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明 H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
高温 SiO2 + 2C ==== Si + 2CO↑
二氧化硅的结构
SiO2 正四面体
每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。 二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为1:2,用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示Si 与O的原子个数比,不是分子式,是 化学式。
第一节
无机非金属材料的主角——硅
从原子角度认识硅原子----原子结构
C
Si
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．
一、二氧化 硅和硅酸
1、二氧化硅
（1）存在和物性
水晶
玛瑙
（2）SiO2的化学性质:
①酸性氧化物
SiO2 ＋ 2NaOH == Na2SiO3 ＋H2O
【比较】二氧化wenku.baidu.com和二氧化硅
二氧化碳 状态 物理性质 二氧化硅 固 态 熔点高、硬度大
气 态
熔点低
CO2+H2O=H2CO3
CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3
——
化 学 性 质
与水反应 与碱反应 与碱性氧 化物反应
与酸反应 用 途
不反应
Na2SiO3 ＋H2O
高温
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2 ＋ 2NaOH =
(Na2O•CaO•6SiO2)
（2）水泥： 原料：黏土、石灰石、石膏
设备：回转窑
石膏的作用：
调节水泥硬化速度。
（3）陶瓷： 原料：黏土为原料
设备：陶瓷窑
新型无机非金属材料：
高温结构陶瓷、压电陶瓷 新型陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等
新型无机非金属材料
特征：
①耐高温、强度高；
②具有电学性质；
③具有光学性质； ④具有生物功能；
放入蒸馏水 放入硅酸钠饱和溶液
现
结
象
论
水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃烧 水不能防火 硅酸钠能防火
（2）化学性质
①与酸反应
Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 ↓ +2NaCl （3）用途 可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的 黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂
高温
粗硅提纯：
Si+2Cl2==== SiCl4
高温
SiCl4+2H2==== Si+4HCl
高温
5.硅的用途：半导体材料
硅芯片是各种计算机、 微电子产品的核心。
硅太阳能电池
氧化铝陶瓷(人造刚玉)：
氧化铝陶瓷制品
氧化铝透 明陶瓷管
氧化铝(Al2O3)陶瓷
氮化硅(Si3N4)陶瓷
四、硅单质
晶体硅是良好的半导体材料
1.硅的存在和状态： 在自然界中硅元素只有化合态，无游离态； 单质硅也有晶体硅和无定形硅。 2.物理性质： 单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固
体，熔沸点较高。
三.无机非金属材料
1、传统型硅酸盐材料：
（1）玻璃：
原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2) 设备：玻璃窑
①有关反应的化学方程式： Na2CO3+SiO2 ==== Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2==== CaSiO3+CO2↑ ②主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
人工降雨，灭火等
SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O 装饰、石英坩埚、光导纤维
（3）二氧化硅的用途 光导纤维、装饰、石英坩埚
石英研钵
光导纤维
坩埚
水晶
光 学 纤 维 胃 镜
2、硅酸(H2SiO3) H2SiO3是一种白色胶状物质， 溶解度很小（白色沉淀）。 酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。
②特性 SiO2＋4HF====SiF4↑＋2H2O 氢氟酸（HF） 是唯一能与 SiO2反应的酸
氢氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。
③与盐反应：
高温 Na2CO3 + SiO2 ==== Na2SiO3 + CO2↑ 高温 ==== CaSiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2
④与碳单质反应：弱氧化性
SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3↓
（2）化学性质:
①弱酸性：只能与强碱发生中和反应。
H2SiO3 + 2NaOH ==== Na2SiO3 + 2H2O
②不稳定：受热易分解。 ∆ H2SiO3 ==== H2O + SiO2
（3）用途 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。
二、硅 酸 盐
1、定义： 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、性质： 硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的 可溶性硅酸盐是Na2SiO3、K2SiO3。
3、表示方法：
（1）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。
（2）氧化物法：
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅 →水。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素 按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 硅酸钠： Na2SiO3 Na2O·SiO2 硅酸钙： CaSiO3 CaO·SiO2 高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石：KAlSiO3不能写 K2O·Al2O3·3SiO2， 应写成K2O·Al2O3·6SiO2
掌握：酸性强弱顺序
HCl ＞ CO2
＞ H2SiO3
（1）【实验4-1】制取原则：强酸制取弱酸
现象 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，同时有白色胶状物质产生 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。
SiO2 + 2OH- == SiO3 2- + H2O
SiO2 ＋ CaO == CaSiO3
高温
图 4-6 实验室盛放 NaOH溶液的试剂瓶
1、实验室盛装NaOH 溶液的试剂瓶为什么
用橡胶塞而不用玻璃 塞？
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装 NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
4、硅酸盐在自然界的转化
硅酸盐是如何具有保肥能力的？
硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化 碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可 溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大 量的黏土形成土壤胶体，因其表面积巨 大且一般带负电，能吸附NH4+，K+等营 养离子，从而具有保肥能力。
5、硅酸钠（Na2SiO3） （1）、硅酸钠的物理性质 【实验4-2】 硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水 玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是 一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防 火剂。
3.化学性质： 在常温下,硅的化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸 和强碱外,硅不跟其他物质如氧气、氯气、硫酸、 硝酸等起反应。即： ① Si+4HF=SiF4+2H2↑ ② Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ ③Si+O2==SiO2 4.工业制粗硅： SiO2+2C ==== Si+2CO↑
2、新型材料： （1）具有特殊功能的含硅物质
①碳化硅
（SiC俗称金刚砂），具有 金刚石的结构。硬度很大，用 作砂纸、砂轮的磨料。 ②硅钢 （铁合金）导磁性良好， 用作变压器铁芯。
③硅橡胶
最好的既耐高温又 耐低温的橡胶。 ④分子筛 具有均匀微孔结构 的铝硅酸盐。
（2）新型结构陶瓷材料
高温、压电、透明、超导
结论
化学方 Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3（胶体） 程式 离子方 程式
SiO32- + 2H+ == H2SiO3 （胶体）
用什么实验事实能够证明 硅酸的酸性比碳酸弱？
酸制取酸原则：较强酸制取较弱酸， 高沸点 制取低沸点。
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H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明 H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
高温 SiO2 + 2C ==== Si + 2CO↑
二氧化硅的结构
SiO2 正四面体
每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。 二氧化硅中硅原子与氧原子个数比为1:2,用SiO2来表示 二氧化硅的组成,表示Si 与O的原子个数比,不是分子式,是 化学式。
第一节
无机非金属材料的主角——硅
从原子角度认识硅原子----原子结构
C
Si
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．
一、二氧化 硅和硅酸
1、二氧化硅
（1）存在和物性
水晶
玛瑙
（2）SiO2的化学性质:
①酸性氧化物
SiO2 ＋ 2NaOH == Na2SiO3 ＋H2O
【比较】二氧化wenku.baidu.com和二氧化硅
二氧化碳 状态 物理性质 二氧化硅 固 态 熔点高、硬度大
气 态
熔点低
CO2+H2O=H2CO3
CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3
——
化 学 性 质
与水反应 与碱反应 与碱性氧 化物反应
与酸反应 用 途
不反应
Na2SiO3 ＋H2O
高温
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2 ＋ 2NaOH =
(Na2O•CaO•6SiO2)
（2）水泥： 原料：黏土、石灰石、石膏
设备：回转窑
石膏的作用：
调节水泥硬化速度。
（3）陶瓷： 原料：黏土为原料
设备：陶瓷窑
新型无机非金属材料：
高温结构陶瓷、压电陶瓷 新型陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等
新型无机非金属材料
特征：
①耐高温、强度高；
②具有电学性质；
③具有光学性质； ④具有生物功能；
放入蒸馏水 放入硅酸钠饱和溶液
现
结
象
论
水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃烧 水不能防火 硅酸钠能防火
（2）化学性质
①与酸反应
Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 ↓ +2NaCl （3）用途 可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的 黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂
高温
粗硅提纯：
Si+2Cl2==== SiCl4
高温
SiCl4+2H2==== Si+4HCl
高温
5.硅的用途：半导体材料
硅芯片是各种计算机、 微电子产品的核心。
硅太阳能电池
氧化铝陶瓷(人造刚玉)：
氧化铝陶瓷制品
氧化铝透 明陶瓷管
氧化铝(Al2O3)陶瓷
氮化硅(Si3N4)陶瓷
四、硅单质
晶体硅是良好的半导体材料
1.硅的存在和状态： 在自然界中硅元素只有化合态，无游离态； 单质硅也有晶体硅和无定形硅。 2.物理性质： 单质硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固
体，熔沸点较高。
三.无机非金属材料
1、传统型硅酸盐材料：
（1）玻璃：
原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2) 设备：玻璃窑
①有关反应的化学方程式： Na2CO3+SiO2 ==== Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2==== CaSiO3+CO2↑ ②主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2