【化学】4.1 无机非金属材料的主角——硅课件(人教版必修1)

K(Al2Si3O9)(OH) K2O· 2O3· 2Al 6SiO2· 2O H
4、最简单的硅酸盐------硅酸钠（Na2SiO3） （1）、硅酸钠的物理性质
硅酸钠是白色固体，可溶于水，其水溶液俗 称水玻璃。是制备硅胶和木材防火剂等的原 料。
实验4-2：
[实验4-2]
放入蒸馏水 现 象 水份蒸发后 木条燃烧
SiO2 ＋ 2NaOH === Na2SiO3 ＋H2O
硅酸钠（粘合性） 与碱性氧化物反应生成盐
SiO2＋ CaO === CaSiO3
因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH反应生成硅 酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。
高温
(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如 NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。)
硅的原子结构
Si
+14 2 8 4
C
+6 2 4
硅原子和碳原子的最外电子层均有4个 电子，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。
3 、硅单质的化学性质
①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和 NaOH溶液反应。 Si＋2F2＝SiF4 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑ ②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属 单质反应。 高温 Si＋O2 SiO2
第ⅣA族的二兄弟碳和硅—豪门二杰
碳元素
形成了无数种构成人类和其它 地球生物等的有机物，“统治 了有机界”。
硅元素
构成了地壳大部分岩石、沙子 和土壤， “统治了地壳” 硅是构成岩石与许多矿物的基 本元素, “ 统治无机矿物界”
煤、石油等有机化产品和材料 是现代化的基石
硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、 水泥等使人类生活日新月异
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
用途广泛的硅酸盐产品
四、硅酸盐工业 无 机 非 金 属 材 料
硅 酸 盐 产 品
陶瓷 水泥 玻璃
水泥是一种非常重要的建筑材料。
万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。
1 、水泥 ⑴水泥的生产原料：黏土和石灰石 ⑵生产过程： 两磨、一烧。 研磨→煅烧→再磨成细粉； ⑶普通硅酸盐水泥的成分： 硅酸三钙(3CaO· 2) SiO 硅酸二钙(2CaO· 2) 混合物 SiO 铝酸三钙(3CaO· 2O3) Al
放入Na2SiO3溶液
水份蒸发后 木条不燃烧
结 论 失去防火作用
水份蒸发后
防火效果好
Na2SiO3可作防火剂
（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。
①与酸反应 Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl （3）用途
二氧化硅的用途
二氧化硅的用途
二氧化硅的用途
二氧化硅的用途
光导纤维
危害：
在隧道开凿，石英粉加工等工作 环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人 长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患 硅肺病（旧称矽肺）。
硬度大、熔点高、难溶于水 物理性质:_____________________________
通常条件下，很稳定 化学稳定性:_________________________
根据以下反应回答下列问题：
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑ ① Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4 ② SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl ③
（1）反应①中焦炭做（ A ） A.还原剂 B.氧化剂 C.二者都不是 （2）反应 ②属于（ ），反应③ 属于（ CE ） AC 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
思考
为什么二氧化硅和二氧化碳物 理性质有这么大的差别？
是结构上的不同
Si
O
SiO2是由Si和O按1：2的比例组成的立体空间网状结构，没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子。 因此性质很稳定
下列说法错误的是（CDE） A . SiO2 是二氧化硅的化学式 B . SiO2 晶体是由Si和O按1:2的比例所 组成的立体网状结构的晶体 C .[SiO4 ] 四面体只存在于二氧化硅晶体中 D . 沙子里含无定形二氧化硅 E . 石英就是水晶 F . SiO2 从古到今被人类广泛地应用着， 是因为SiO2 的立体网状结构和它在自 然界的广泛存在
Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓ SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3↓
常温下，Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓，说明H2CO3的酸性强于H2SiO3 ；在高
高温
温下， Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑说明 H2SiO3酸性强于H2CO3??????????????
CaCO3 +CO2 === Ca(HCO3)2
——
高温 Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑ 高温 CaCO3 +SiO2 === CaSiO3 + CO2↑
与盐反应
与氢氟酸反应
——
SiO2+4HF=SiF4 +2H2O
↑
思考2
我们知道二氧化碳与水反应生成碳酸，但 是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3，这 是一个特例。
石英
晶体二氧化硅
水晶
晶体二氧化硅
紫水晶
黄水晶
茶晶
蔷薇石英
晶体二氧化硅
玛瑙
无 定 形 二 氧 化 硅
硅藻土 中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处， 总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多， 占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型 矿床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型(云南寻甸、四川 米易硅藻土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪，以第三纪为主。
Si + 2Cl2
==== SiCl4
硅 单 质
4、硅的工业制备
工业上，用 焦炭在高温下 还原石英砂可 制得粗硅，粗 硅跟氯气反应 经提纯得到 SiCl4后再用 氢气还原制得 纯硅：
高温
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑ ① Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4
高温
②
SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl ③
合作讨论：
CO2通入下列各溶液中，无明显 现象发生的是（ A ） A、氯化钙溶液 B、澄清石灰水 C、硅酸钠溶液
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（比H2CO3稳定），受热易分解
∆ H2SiO3 == H2O + SiO2
硅 单 质 硅
芯 片 是 各 种 计 算 机 、 微 电 子 产 品 的 核 心
硅 太 阳 能 电 池
5、用途：太阳能电池、 计算机芯片以及半导体 材料、信息技术等材料 和人造卫星、登月车、 火星探测器等动力设备 新能源。
硅是一种亲氧元素，在自然界它 总是与氧相互化合。所以在氧化气氛 包围的地球上，硅主要以熔点很高的 氧化物及硅酸盐的形式存在。
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温 高温
CaCO3 +SiO2===CaSiO3 + CO2↑
⑶普通玻璃的成分：
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成
的混合物。 或Na2O· CaO· 6SiO2；
⑷玻璃的性能：
玻璃无固定的熔沸点， 在一定温度范围内软化。
陶器
瓷器
3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐 蚀、耐高温、绝缘、易成型等 许多优点，因此，陶瓷制品一 直为人们所喜爱。 江苏宜兴，
⑷水泥的性能： 水泥具有水硬性。 水泥砂浆：
水泥、沙子和水的混合 物——建筑黏合剂。 混凝土： 水泥、沙子和碎石的混合物。
玻璃
梦幻巴黎
德国工会大厦
柏林国会大厦
玻璃
玻璃
有色玻璃
加入了不同的金属氧化物
钢化玻璃
普通玻璃加热接近熔化 再急速冷却
2、玻璃：
纯碱、石灰石和石英。
⑴玻璃的生产原料：
⑵生产过程：
离子方 程式 +2NaCl
SiO32- + 2H+ == H2SiO3 （胶体）
二、硅酸( H2SiO3 )
硅酸是一种白色粉末状的固 体，它不溶于水；是一种很弱的
酸，不能使指示剂变色。
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：
3、与盐反应： Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
CaCO3 +SiO2 === CaSiO3 + CO2↑
高温 Байду номын сангаас温
4、弱氧化性：
高温
SiO2 + 2C ＝ Si + 2CO↑
某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应, 推断SiO2为两性氧化物.是否正确?
SiO2与CO2化学性质的比较
一、硅单质
1、存在形式
{
晶体硅 无定形硅
硅有晶体硅和无定形硅两种。
2、物理性质：
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固 体。晶体硅的结构类似于金刚石，熔点 (1410℃)和沸点都很高，硬度大。
导电性介于导体和绝缘体之间。
思考1：硅原子最外层电子数是多少？ 我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与 它相同？
硅元素(silicon)在地壳中的含量
钾2.47% 钠2.74% 钙3.45% 铁4.75% 铝7.73% 硅26.3% 氧48.6%
硅26.3%
硅的分布与存在
硅是一种亲氧元素,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的 形式存在。
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90%以上。
用途：
生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶（能流动）， 当硅酸的浓度较大时，就会形成硅酸凝胶（不能流动）， 硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶。 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。
三、硅酸盐
1、定义： 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称 2、性质： 硅酸盐种类很多，是一大类结构复杂的固态物质， 大多数不溶于水，化学性质很稳定。 3、表示方法： （1）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。
性质 二氧化碳(CO2)
与碱性氧化 CO +Na O=Na CO 2 2 2 3 物反应
酸性氧化物
高温
二氧化硅(SiO2)
SiO2+ CaO == CaSiO3
与碱反应 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与水反应 CO2+H2O=H2CO3
Na2CO3+CO2===2NaHCO3
二、二氧化硅和硅酸
（一）、二氧化硅
SiO2是硅的重要化合物。地球上 存在的天然二氧化硅约占地壳质量 的12％，其存在形态有结晶形和 无定形两大类，通称硅石。
1、存在
结晶形（石英晶体）
{ 玛瑙
水晶
硅石（12%）
无定形——硅藻土
SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的 天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存 在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅 石。
思考：SiO2不能直接和水化合成
H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢？
制取原理：强酸制弱酸
①滴入酚酞溶液呈红色
现象
②再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无 色，有透明胶冻状物质产生 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
结论
方程式 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3（胶体）
（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：KAlSi3O8不能写 K2O·Al2O3·3SiO2， 应写成K2O·Al2O3·6SiO2
化学性质:
实验室能不能用 玻璃瓶盛装氢氟 酸？
化学性质很不活泼，氢氟酸（ HF）是唯一 可以与之反应的酸。
（1）特性：
SiO2+4HF=SiF4￪+2H2O
注意：玻璃中含有SiO2，所以可以用HF 来刻蚀玻璃。
化学性质:
2.酸性氧化物
与强碱反应生成盐和水
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？