硅及其化合物_课件

2 、 SiO 2 的结构
每个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子
每个 O 原子周围结合 2 个 Si 原子
SiO 2 是正四面体的空间网状结构 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为 2 ： 1
晶体的化学式为 SiO 2 ，不表示有 SiO 2 分子组成，晶体中 只有 Si 、 O 原子，没有分子。
白色胶状 沉淀 1 、很弱的 酸性 2 、不稳定
白色固体 饱和水溶液为无色 粘稠、显碱性液体 与酸反应生成硅酸 沉淀 木材防火剂 玻璃胶 制硅酸 很稳定
化 还原性：加 学 热时与 O 2 、 性 Cl 2 化合 质 应 用 半导体、芯 片、光电池
制硅胶
各种器 皿、建 筑材料
高温
SiO 2 不 是 两 性 氧 化 物 ，
因为两性氧化物与所有强
酸 均 可 反 应 。 而 HF 是 唯 一可以与之发生反应的酸。 因 此 SiO 2 只 能 是 酸 性 氧 化物。
3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物"天然苏打"，航行
在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。 于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块 " 天然苏 打 " 作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。 船 员 们 吃完 饭 ， 潮水 开 始 上涨 了 。 他们 正 准 备收 拾 一 下登 船 继 续航 行 时 ， 突 然 有人高喊： " 大家快来看啊，锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！ "
2 、物理性质 灰黑色晶体，是良好的半导体材料
3 、化学性质
常温下，硅的化学性质很稳定，加热时，硅可与 O 2 、 Cl 2 等反应。
Si + 2F 2 = SiF 4
Si + O 2 = SiO 2 Si + 2Cl 2 = SiCl 4
Δ Δ
4 、硅的用途 （1）制集成电路、晶体管、 光电池等的半导体材料 （ 2 ）含硅 4% 的钢可制变压 器铁芯
二氧化硅和二氧化碳的比较
二氧化碳 稳定性 与水反应 二氧化硅 很稳定 不反应 SiO2+CaO === CaSiO3 SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O SiO2 + 2C ==Si + 2CO↑
高温 高温
稳定
CO2+H2O=H2CO3 CO2+CaO = CaCO3 CO2+2NaOH ＝Na2CO3+H2O 不反应 CO2 + C === 2CO CO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)2
（ 3 ） 含 硅 15% 的 钢 具 有 耐
酸性，制耐酸设备
分 类 俗 称 色 态
硅
二氧化硅 硅石 （石英、水晶、玛瑙） （硅藻土）
硅酸
硅酸钠 泡花碱 （水溶液：水玻璃）
硅酸盐 产品 玻璃 陶瓷 水泥
灰黑色晶体
无色透明晶体 1 、酸性氧化物 2 、与 HF 复分解 3 、弱氧化性 4 、与盐反应 光导纤维、石英玻璃 石英坩埚 装饰品
结论
Na 2 SiO 3 溶液可作木材、纸张的防火剂
水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀， 热
稳 定 性 强。 可用作肥皂填料 ， 木材 、织物的防腐剂和 防 火剂，建筑、纸张的黏胶剂。
传统硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥
四、硅单质 1 、原子结构 14 号元素、最外层 4 个电子
可得 4 个电子，显氧化性 可失 4 个电子，显还原性 既不容易失电子，也不容易得电子， 氧化性与还原性均很差。
2. 再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状物产生。
Na 2 SiO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 SiO 3 ( 胶体 ) SiO 2 OH—
×
Na 2 SiO 3 H+
H 2 SiO 3
硅酸性质之一：中学阶段唯一一种不溶于水的酸
硅酸凝胶：硅酸分子在水中会逐渐发生聚合反应 ，形成硅酸溶胶。
船 员 们 把这 些 闪 烁光 芒 的 东西 ， 带 到船 上 仔 细研 究 起 来 。 他 们 发现 ， 这 些亮 晶
晶 的 东 西上 粘 有 一些 石 英 砂和 融 化 的天 然 苏 打 。 原 来 ， 这 些 闪 光的 东 西 ， 是 他 们 做 饭 时用 来 做 锅的 支 架 的天 然 苏 打 ， 在 火 焰的 作 用 下 ， 与 沙 滩上 的 石 英砂 发 生化学反应而产生的晶体，这就是最早的玻璃。
高温
≠
H 2 SiO 3
（ 2 ）与氢氟酸（ HF ）反应 SiO 2 +4HF=SiF 4 ↑+ 2H 2 O 玻璃中含有 SiO 2 ，所以可以用 HF 来蚀刻玻璃 想一想： SiO 2 是不是两性氧化物？ （ 3 ）与 C 在高温条件下反应－－ SiO 2 的弱氧化性 SiO 2 +2C===Si+2 CO↑
弱到连紫色石蕊试液都“懒得”变红 硅酸性质之三：不稳定的酸 不稳定（比 H 2 CO 3 稳定），受热会分解 H 2 SiO 3 = H 2 O + SiO 2
∆
三、硅酸盐 硅酸盐：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 硅 酸 盐 矿 物 在 自 然 界 中 分 布 极 为 广 泛 。 已 知 的 硅 酸 盐 矿 物 有 600 多 种 ， 约占已知矿物种的 1/4 ，占地壳岩石圈总质量的 85% 。 硅酸盐的一般性质 结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定 硅酸盐组成的表示方法： （ 1 ）盐化学式法：如： Na 2 SiO 3 、 CaSiO 3 、 K 2 SiO 3 等 （ 2 ）氧化物化学式法：金属氧化物（活动性顺序）•二氧化硅•水
第四章 第一节 无机非金属材料的主角—硅
硅元素在自然界中的存在形式： 二氧化硅、硅酸盐 硅是一种亲氧元素
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，约占地壳总质量的 90% 以上
一、二氧化硅（ SiO 2 ） 1 、 SiO 2 的物理性质 熔沸点高，硬度大，不溶于水，良好的绝缘体 存在形式 硅石 无定形（硅藻土） 结晶形：石英 水晶 玛瑙
当生成的硅酸浓度较大时，形成软而透明，胶冻状的硅酸凝胶。 干燥脱水后得到硅酸干凝胶，称为“硅胶” 硅胶 主要成分： SiO 2 · xH 2 O 用途：做干燥剂等
干燥剂 分类 酸性干燥剂 浓硫酸、五氧化二磷 （ P 2 O 5 ）、硅胶 CO 2 、 SO 2 、 Cl 2 、 HCl 等酸性气体 NH 3 （碱性气体） 碱性干燥剂 中性干燥剂
高温
与碱性氧化物
与碱反应 与HF反应
弱氧化性wk.baidu.com
与盐反应
高温 CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3 SiO2+Na2CO3 === Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 === CaSiO3+CO2↑
高温
4 、 SiO 2 的用途 ①光导纤维（因为透明） ②石英玻璃制化学仪器（因为化学性质稳定） ③石英表、石英钟（因为坚硬） ④水晶制光学仪器和工艺品（因为透明、稳定）
高温 高温
高温
二、硅酸
硅酸是一种难溶于水的弱酸。 由 于 SiO 2 不 能 溶 于 水 生 成 硅 酸 ， 在 实 验 室 里 一 般 用 可 溶 性 的 硅 酸 盐 与 其 他 酸
反应而制得。 实验 1 向加有酚酞的 Na 2 SiO 3 溶液中滴加 HCl 实验现象： 1. 滴入酚酞后溶液变为红色。
举例
可干燥 不可 干燥
碱石灰
NH 3 （唯一的碱性气 体） 各种酸性气体
无水 CaCl 2
绝大多数气体
硅酸性质之二：很弱的酸
与强碱发生中和反应
酸性比碳酸还弱
H 2 SiO 3 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 2 O
Na 2 SiO 3 +H 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓
回顾酸性氧化物的性质（以 CO 2 为例）： CO 2 与碱反应 CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 与碱性氧化物反应 CO 2 + CaO = CaCO 3
CO 2 与 H 2 O 反应
CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3
3 、 SiO 2 的化学性质 （ 1 ）酸性氧化物 ①与碱性氧化物反应 SiO 2 +CaO===CaSiO 3 ②与强碱反应 SiO 2 +2NaOH=Na 2 SiO 3 +H 2 O ③不与水反应 SiO 2 +H 2 O
（ 4 ）与盐反应
SiO 2 +Na 2 CO 3 === Na 2 SiO 3 +CO 2 ↑
SiO 2 +CaCO 3 === CaSiO 3 +CO 2 ↑
高温
高温
制玻璃的反应
普通玻璃的组成： Na 2 SiO 3 、 CaSiO 3 、 SiO 2 想一想：为什么装有碱性物质的试剂瓶，要用橡胶塞，而不用玻璃塞？ 瓶 口 与 瓶塞 的两层玻 璃之间如 果残留了 少量碱性 物质的溶 液 ， 则 玻 璃 中 的 SiO 2 与碱 性物质 （ 例 如 NaOH ）反应 ， 生成粘稠的 Na 2 SiO 3 溶液，会将瓶口与瓶塞粘结住，难以打开。
⑤玛瑙制装饰品（因为稳定）
⑥硅藻土可用于装修材料（因为表面积大，易吸附物质）
4 、 SiO 2 的用途 ：从沙滩到用户－－硅的冶炼和提纯过程
SiO 2
C 、高温 ①
Si
Cl 2 ②
SiCl 4
H2 ③
高纯度 Si
SiO 2 +2C===Si+2 CO↑ 提纯单质硅 Si+2Cl 2 ===SiCl 4 液态，可蒸馏提纯 SiCl 4 +2H 2 ===Si+4HCl
沸石： Na 2 O • Al 2 O 3 • 3SiO 2 • 2H 2 O
钾长石： K 2 O • Al 2 O 3 • 6SiO 2
石棉： CaO • 3MgO •4SiO 2
高岭石（黏土）： Al 2 O 3 •2SiO 2 •2H 2 O
硅酸钠（ Na 2 SiO 3 ），俗名叫泡花碱，白色固体，易溶 于水，其水溶液俗名叫水玻璃。 实验 4-2 现象 放入蒸馏水 先变干，后燃烧 放入 Na 2 SiO 3 饱和溶液 仅变干，不燃烧