高中化学必修一第四章 第一节 非金属及其化合物

硅的存在与分布：没有游离态，只有化合
态(因为它是亲氧元素）；自然界中分布广泛， 是构成矿物和岩石的基本元素。
从原子结构认识硅
从原子结构认识硅
C
碳是构成有机物 的主要元素
硅是构成岩石和许 Si 多矿物的主要元素 硅和碳一样,其原子既不易失去电子，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例如SiO2和H2SiO3。
化学方 程式
Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3
SiO32- + 2H+ == H2SiO3 离子方程式：
用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸 性比H2CO3弱。 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3↓
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 (2)加热条件下，能跟一些非金属单质起反应
高温
Si+O2==SiO2
Si+2H2==SiH4
3、制法
高温
SiO2 + 2C === Si + 2CO↑（制取粗硅）
5.用途
晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良 好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料
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水泥
以黏土和石灰石为主要原料
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
高导磁性
用作变压 器铁芯
3.硅橡胶
良好的弹性
4.分子筛
吸附剂、催化剂
具有均匀微 孔结构的铝 硅酸盐
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
与 酸
用 途
——
人工降雨，灭火,饮料等
能与氢氟酸反应 P75, 图4－5
CO2＋H2O＝H2CO3 但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3 思考：SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那 怎样制备H2SiO3呢？
(二)、 硅酸（H2SiO3）
H2SiO3是SiO2的对应水化物，一种很弱的酸(酸性比 H2CO3还弱)，一种不溶于水的白色固体。
5．单质A溶于强碱液，A燃烧生成某高熔点的氧化 物B，B也不溶于强酸而能与强碱反应。B与纯碱 在高温下反应能生成C和气体D，气体D通入C溶液 可得白色沉淀E，E放在干燥空气中易失水变成F ，F加热再失水可得B。写出分子式： H4SiO 4 SiO 2 CO 2 Na 2SiO 3 Si A________B________C________D________E_______ H2SiO 3 F________。并写出下列反应方程式： （1）A与强碱溶液的反应 Si 2NaOH H2O Na2SiO 3 2H2 ______________________________________ （2）B与纯碱共熔 高温 SiO 2 Na 2 CO 3 Na2SiO 3 CO2 ______________________________________ （3）C与D反应 ______________________________________ 4 Na2SiO 3 CO2 2H2O Na2CO3 H4SiO （4）F失水 H2SiO 3 SiO 2 H2O ___________________________________________
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
元素在地壳中的含量
其他 1.20% 氢0.16% 镁2.00% 钾2.47%
钠2.74% 钙3.45% 铁4.75%
硅26.3%
氧48.6% 铝7.73%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
硅在地壳中含量第二，硅的氧化物 及硅酸盐约占地壳质量的90%以上
B B
二、硅酸盐
1.是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 结构复杂，一般不溶于水。 2.硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃， 是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 3.硅酸盐的化学性质 （1）有很强的热稳定性，能耐高温。 （2）硅酸盐易于酸反应
Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3 ↓
实验4-2（碳酸钠的耐热性）
放入蒸馏水 现象 当水分蒸 发后燃烧 结论 当水分蒸发后 不易燃烧 放入Na2SiO3饱和溶液
制备木材防 用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火
火剂的原料
4、硅酸盐组成表示
（1）保持原有各元素化合价不变，按顺序写出 各种元素的氧化物
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。
2、特性：只能与酸中的氢氟酸HF反应 SiO2 ＋ 4HF =
SiF4↑＋2H2O
此反应常用于雕刻玻璃
想一想 ??1、SiO2既可与碱反应,也能与氢氟
酸反应, SiO2是不是两性氧化物 ？
顺序：活泼金属氧化物· 较活泼金属氧化 物· 2 · 2O，化合价低的金属氧化物放在前面。 SiO H 如：硅酸钠（Na2SiO3)
Na2O · 2 SiO
SiO 镁橄榄石（Mg2SiO4）2MgO · 2
钙沸石Ca(Al2Si3O10) · 2O 3H CaO · 2O3 · Al 3SiO2· 2O 3H
物理性质：
熔点高，硬度大，不溶于水
(一)、SiO2的化学性质（很不活泼）
1. 具有酸性氧化物的通性
与强碱反应生成盐和水
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
硅酸钠 （有粘性）
与碱性氧化物反应生成盐
SiO2＋ CaO == CaSiO3
高温
想一想 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？
（1）制法——由于SiO2不溶于水，所以硅 酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制得的。
实验4-1
现象
结论
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。
D 2．下列物质中，不跟烧碱溶液反应的是（ ） A.二氧化硅 B.二氧化碳 C. 硅 D．石墨
AD 3．常温下，能跟硅反应的物质是（ ）。 A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.浓硝酸 D.氢氟酸 4．下列含氧酸的酸酐中，不能由单质和氧气 直接反应得到的是（ A ）。 A.H2SO4 B.H2CO3 C.H2SiO3 D.H2CO3
（２）除氧元素外，其他元素的原子个 数比符合原来的组成，配置出现分数时 应化为整数。
5.用途 无机非 金属材 料 硅酸 盐产
品 陶瓷 水泥 玻璃
陶瓷：原料——黏土 玻璃：原料——纯碱、石灰石和石英； 水泥：原料——黏土和石灰石；加适量 石膏；
陶瓷
日用器皿、建筑饰材、卫生洁具
玻璃
普通玻璃: 以纯碱 (Na2CO、石灰石和石英（SiO2 ） 3) 为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融 制得。
天 然 水 晶
天然玛瑙
一、二氧化硅和硅酸
1、二氧化硅（ SiO2 ） 天 然 有结晶形（石英晶体） 水晶 的 玛瑙 SiO2 硅 石
(1)存在
无定形——硅藻土
（2） 二氧化硅的用途：石英制品
无用 开光 刀导 手纤 术维 做
现代通信用光缆 光 学 纤 维 胃 镜
光导纤维手术头灯
思考与交流
根据SiO2的存在和应用， 分析：SiO2有哪些物理性质？
生物陶瓷
人造骨
三、硅单质
1.物理性质： （1）存在：硅有晶体硅和无定形硅两种（自 然界中没有游离态的硅）。 （2）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于 金刚石，熔点(1410℃)和沸点都很高，硬度大。 （3）导电性介于导体和绝缘体之间。
2、化学性质---形成共价化合物，化学性质不活泼
(1)常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与 氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。 Si+2F2==SiF4 Si+4HF==SiF4 +2H2
2、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻 璃试剂瓶而要用塑料瓶。
3、在高温下能与还原剂反应
SiO2 + 2C
高温
＝
Si + 2CO↑
可利用这个反应制粗硅 高温
SiO2 + 2Mg ＝ Si+ 2MgO
思考：在这两个反应中二氧 化硅作什么作用？
状 态 水溶性 化 与水反应 学 与碱反应 性 与碱性氧 质 化物反应
硅太阳能电池
电脑的中央处理器（CPU）
一、选择题（每小题有1－2个选项符合题意） 1．下列说法中正确的是（ BD ）。 A．SiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸 B．水玻璃在空气中存放易变质
C．高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，
所以硅酸比碳酸酸性强 D．在硅酸钠溶液中加入氯化铵溶液产生沉 淀
（2）硅酸化学性质
①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
1. 将过量的CO2分别通入： ① CaCl2溶液； ② Na2SiO3溶液；③ Ca(OH)2溶液；④ 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析 出的是 ( ) B A．①②③④ B．②④ C．①②③ D．②③ 2．要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是 A. 纯碱溶液 B. 盐酸 C. 硫酸 D. 苛性钠溶液 3．下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是 A．SiO2 +2C=====Si+2CO↑ B．SiO2 +2NaOH=====Na2SiO3+H2O C．SiO2 +4HF=====SiF4↑+2H2O D．SiO2 +CaCO3=====CaSiO3+CO2↑ C 4．下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是 A. 烧碱溶液 B. 浓硫酸 C. HF氢氟酸 D. 碳酸钠溶液
二氧化碳 CO2 气 态 熔沸点很低 微溶于水
CO2 + H2O = H2CO3
二氧化硅 SiO2 固 态 熔点高，硬度大 不溶于水
不 能
高温
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3 SiO ＋ CaO =CaSiO 2 3 CO2+CaO=CaCO3