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- 2021-04-12 发布
第一节无机非金属材料的主角
——
硅
Si-26.30%
硅的存在与分布
存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以氧化物和硅酸盐的形式存在）
分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。
图
4-1
硅的广泛存在
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
．
C
Si
碳
是构成有机物的主要元素
硅
是构成岩石和许多矿物的主要元素
从
原子结构
认识硅
结晶形 石英晶体
(SiO
2
)
沙子
无定形
——
硅藻土
水晶
玛瑙
一、 二氧化硅
（
SiO
2
）
1
、存在
:
硅石
（天然）
无色透明
彩色环带或层状
水晶
玛瑙
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。
硅原子
——
二氧化硅中
氧原子与硅原子个数比为
2
：
1
，用
SiO
2
来表示
二氧化硅的组成
,
表示
O
与
Si
的原子个数比
,
不是分子式是化学式。
[SiO
4
]
四面体结构
立体网状结构决定了
SiO
2
具有优良的物理和化学性质
2
、结构
思考与交流
P76
物理性质
:_____________________________
化学稳定性
:_________________________
通常条件下，很稳定
硬度大、熔点高、难溶于水
3
、二氧化硅的化学性质（
通常很不活泼
）
1
）
具有
酸性氧化物
的通性
（
1
）与
强碱
反应生成盐和水
SiO
2
＋
2NaOH =
Na
2
SiO
3
＋
H
2
O
硅酸钠
（
2
）与碱性氧化物反应生成盐
（
有粘性，其溶液俗称水玻璃
）
高温
SiO
2
＋
CaO
CaSiO
3
实验室盛装
NaOH
溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞
NaOH
溶液能与玻璃中的
SiO
2
反应生成
Na
2
SiO
3
，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
。
原因
SiO
2
＋
4HF =
SiF
4
↑
＋
2H
2
O
此反应常用于雕刻玻璃
2
）
特性
——
与氢氟酸
HF
反应
思考
:
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
。
CO
2
SiO
2
不同点
构成
CO
2
分子
立体网状结构，无
SiO
2
分子
物理性质
气体，熔沸点较低，溶于水
固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水
与水反应
H
2
O+CO
2
=H
2
CO
3
不反应
与酸反应
不反应
相同点
与碱性氧化物反应
与强碱反应
氧化性
用途
SiO
2
＋
4HF =
SiF
4
↑
＋
2H
2
O
CO
2
+2NaOH=
Na
2
CO
3
+H
2
O
SiO
2
＋
CaO =
CaSiO
3
高温
CO
2
+CaO=CaCO
3
SiO
2
+2NaOH=Na
2
SiO
3
+H
2
O
C
O
2
＋
C
=
2
CO
高温
SiO
2
＋ 2
C
=
Si
+ 2CO
↑
高温
特性
人工降雨，灭火
,
饮料等
下页
SiO
2
的用途
现代通信用
光缆
光学纤维
胃镜
用
光导纤维
做
无开刀手术
光导纤维
手术头灯
光导纤维
二、硅酸
(
H
2
SiO
3
)
硅酸是一种
白色固体
，它
不溶于水
；是一种
弱酸
，
酸性比碳酸还弱，
不能使指示剂变色。
思考
二氧化硅难溶于水
，
又不与水反应
，那
么，
如何制得硅酸呢？
实验
4-1
：向饱和
Na
2
SiO
3
溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸
现 象
结 论
方程式
①
滴入酚酞溶液呈
红色
① Na
2
SiO
3
溶液呈碱性
Na
2
SiO
3
+2HCl = H
2
SiO
3
（胶体）
+2NaCl
实验探究
②
滴入盐酸有白色胶状物质产生
②
硅酸难溶于水
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
的用途：
干燥剂（吸水），
吸附剂（多孔），
催化剂的载体。
用
H
2
CO
3
可制得
H
2
SiO
3
，可证明
H
2
SiO
3
的酸性比
H
2
CO
3
弱。
SiO
3
2-
+ H
2
O + CO
2
= CO
3
2-
+ H
2
SiO
3
↓
Na
2
SiO
3
+ H
2
O + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
SiO
3
↓
向
Na
2
SiO
3
溶液中通如
CO
2
也可生成
H
2
SiO
3
H
2
SiO
3
稳定性差，受热易分解
H
2
SiO
3
= SiO
2
+ H
2
O
三、
硅酸盐
结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定
。
最简单的硅酸盐
—
硅酸钠（
Na
2
SiO
3
),
其水溶液俗称
水玻璃
或者
泡花碱
，用于制备
硅胶和木材防火剂，作肥皂填料、粘合剂
等。
是由
硅、氧
和
金属
组成的化合物的总称。
1
、概念：
实验
4-2
放入蒸馏水
放入
Na
2
SiO
3
饱和溶液
现象
结论
当水分蒸发后燃烧
当水分蒸发后不易燃烧
用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火
制备木材防火剂的原料
2
、硅酸盐组成表示
1
、将硅酸盐中所有元素都写成
氧化物
。氧化物书写顺序：
活泼金属氧化物
·
较活泼金属氧化物
·SiO
2
·H
2
O
2
、氧化物之间用“
·
”隔开
3
、在氧化物前面按化学式中的比例添加系数
硅酸钠（
Na
2
SiO
3
)
镁橄榄石（
Mg
2
SiO
4
）
钙沸石
Ca(Al
2
Si
3
O
10
) ·3H
2
O
Na
2
O
·SiO
2
2MgO
·SiO
2
CaO
·Al
2
O
3
·3SiO
2
·3H
2
O
K
2
O·3Al
2
O
3
·6SiO
2
·2H
2
O
K(Al
3
Si
3
O
10
)(OH)
2
练习
传统无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
阅读教材
78-79
3
、硅酸盐产品
陶瓷 玻璃 水泥
3
、硅酸盐产品
陶瓷 玻璃 水泥
生产原料：石灰石、黏土
（
CaCO
3
、
Al
2
O
3
·2SiO
2
·2H
2
O
）
生产设备：水泥回转窑
主要成分：
3
CaO·SiO
2
2
CaO·SiO
2
3
CaO·Al
2
O
3
主要性质：水硬性
水 泥
生产原料：纯碱、石灰石、石英
（
Na
2
CO
3
、
CaCO
3
、
SiO
2
）
生产设备：玻璃窑
反应原理：
主要成分：
Na
2
SiO
3
、
CaSiO
3
、
SiO
2
高温
SiO
2
+ Na
2
CO
3
Na
2
SiO
3
+ CO
2
↑
SiO
2
+ CaCO
3
CaSiO
3
+ CO
2
↑
高温
玻 璃
有色玻璃
钢化玻璃
加入了不同的金属氧化物
普通玻璃加热接近熔化再急速冷却
玻璃
生产原料：黏土
（
Al
2
O
3
·2SiO
2
·2H
2
O
）
生产设备：陶瓷窑
生产过程：混合
-
成型
-
干燥
-
烧结
-
冷却
主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
绝缘、易成型
陶 瓷（
china
）
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
4
、分子筛
新型无机非金属材料：
新型陶瓷
高温结构陶瓷、压电陶瓷
透明陶瓷、超导陶瓷等
科学视野
图
4-10
生物陶瓷制成
的
人造骨
硅酸盐
无机非金属材料
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
陶瓷
玻璃
水泥
高温结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
1
、种类和结构
硅有
晶体硅
和
无定形硅
两种，晶体硅的结构和金刚石类似。
3
、化学性质
常温下，硅的化学性质
不活泼。除
F
2
、
HF
和强碱外，均不反应。加热或者高温时，可与某些非金属单质反应。
四、硅单质
1
、与氟气反应：
2
、与氢氟酸反应：
3
、与强碱溶液反应：
4
、与氯气反应：
5
、与氧气反应
Si+2F
2
==
SiF
4
Si+4HF
==
SiF
4
↑
+2H
2
↑
Si+2NaOH+H
2
O
==
Na
2
SiO
3
+2H
2
↑
Si+2Cl
2
=
SiCl
4
Si+O
2
==
SiO
2
△
高温
纯硅的制备
课本
P81 9T
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
.
硅太阳能电池
电脑的中央处理器（
CPU
）