无机非金属材料的主角硅

岩 石 沙 子 沙 、 土 壤 硅 在 地 壳 中 的 含 量 居 第 二 位 （ 26.3 ） ,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 质 量 的 90%以 上 .第 一 节 无 机 非 金 属 材 料 的 主 角 硅 碳 是 构 成 有 机 物 的 主 要元 素硅 是 构 成 岩 石 与 许 多矿 物 的 基 本 元 素硅 ：一 、 二 氧 化 硅 和 硅 酸你 知 道 吗 ? 硅 是 一 种 亲 氧 元 素 .在 自 然 界 中 它 总 是 与 氧相 互 化 合 ， 形 成 的 二 氧 化 硅 或 硅 酸 盐 中 的 硅 原 子和 氧 原 子 结 合 非 常 牢 固 ， 一 旦 形 成 就 很 难 被 破 坏 ，所 以 ， 硅 只 以 化 合 态 存 在 于 自 然 界 中 （ 硅 的 氧 化物 和 硅 酸 盐 等 ） ， 在 地 壳 中 含 量 居 第 二 位 （ 26.3 ） ， 没 有 游 离 态 的 硅 。 常 温 下 ， 单 质 碳 、 硅 的 化 学 性 质 都 不活 泼 ， 为 什 么 碳 在 自 然 界 中 有 稳 定 的 单 质 （ 金 刚石 ） 存 在 ， 而 硅 却 没 有 ？ 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 正 四 价 化 合 物 自 主 学 习 二 氧 化 硅 广 泛 存 在 于 自 然 界 ， 与 其 他 矿 物 共 同 构 成 了岩 石 。 天 然 二 氧 化 硅 约 占 地 壳 总 质 量 12%， 存 在形 态 主 要 有 ： 结 晶 型 和 无 定 型 ， 俗 称 “ 硅 石 ” 。科 学 视野 二 氧 化 硅 的 结 构硅氧二 氧 化 硅 是 由 Si和 O按 1： 2的 比 例 组 成 的 立 体 网 状 结 构的 晶 体 。 通 常 用 SiO 2来 表 示 二 氧 化 硅 的 组 成 。 SiO4四面 体 不 仅 存 在 于 SiO2晶 体 中 ， 也 存 在 于 所 有 硅 酸 盐 矿 石中 。基 本 结 构 单 元 ： 四 面 体 结 构 ， 每 个 Si接 4个 O， 每个 O接 2个 Si 硅 石 天 然 SiO2（ 硅 石 ） 结 晶 形（ 石 英 ）无 定 形 （ 硅 藻 土 ） - 做吸 附 剂 和 催 化 剂 的 载 体无 色 透 明 的 SiO2晶 体 叫 做 水 晶具 有 彩 色 环 带 状 或 层 状 的 叫玛 瑙 存 在 玛 瑙沙 子 中 含 有 小 粒 的 石 英 晶 体 。 沙 子 的 主 要 成 分 就 是 SiO 2 光 导 纤 维 石 英 坩 埚 用 途 ： SiO2的 网 状 结 构 决 定 了 SiO2具 有 优 良 的 物 理化 学 性 能 ， 加 上 SiO2在 自 然 界 的 广 泛 存 在 ， 因 此从 古 到 今 都 被 人 类 广 泛 地 应 用 。光 学 纤 维 胃 镜用光导纤维做手术，不用开刀 光 导 纤 维 石 英 ： 耐 高 温 化 学 仪 器 、 石 英 电 子 表 、 石 英 钟 水 晶 ： 电 子 工 业 的 重 要 部 件 、 光 学 仪 器 、 高 级工 艺 品 和 眼 镜 片 玛 瑙 ： 精 密 仪 器 轴 承 、 耐 磨 器 皿 和 装 饰 品 根 据 二 氧 化 硅 的 存 在 和 用 途 ,分 析 ： 化 学 性 质 :思 考 与 交 流熔 点 高 、 硬 度 大 、 难 溶 于 水 的 固 体 。 常 温 下 ， 二 氧 化 硅 的 化 学 性 质 不 活 泼 。 酸 性 氧 化 物 的 性 质 高 温 物 理 性 质 : a.与 碱 性 氧 化 物 反 应 生 成 盐SiO2 CaO = CaSiO3 SiO 2 2NaOH = Na2SiO3 硅 酸 钠 （ 粘 合 性 ） H2O b.与 强 碱 反 应 生 成 盐 和 水 为 什 么 实 验 室 中 盛 放NaOH溶 液 的 试 剂 瓶 用橡 胶 塞 而 不 用 玻 璃 塞 ? 特 性 反 应： 雕 刻 玻 璃 塑 料 瓶实 验 室 能 不 能 用 玻 璃 瓶 盛 装 氢 氟 酸 ？ 防 止 玻 璃 中 的 SiO2与 NaOH溶 液 反 应 生 成 粘 稠的 Na2SiO3， 使 瓶 塞 和 瓶 口 粘 结 在 一 起 粘 在 一 起 。想 一 想这 些 漂 亮 玻 璃 杯 图 案 是 怎 么雕 刻 上 去 的 呢 ？ 在 玻 璃 表 面 涂 上 一 层 石 蜡 在 石 蜡 上 雕 刻 出 花 纹 ， 向 挖 空 部 分加 少 量 氢 氟 酸 洗 掉 酸 并 去 掉 石 蜡 CO2和 SiO2的 比 较物 质 二 氧 化 硅 二 氧 化 碳化 学 式 SiO2 CO2物 理 性 质 硬 度 大 ， 熔 、 沸 点高 ， 常 温 下 为 固 体 ，不 溶 于 水 熔 、 沸 点 低 ， 常 温 下 为气 体 ， 微 溶 于 水与 水 反 应与 酸 反 应与 碱 反 应与 盐 反 应 与 碱 性 氧化 物 反 应 SiO2 4HF=SiF4 2H2OSiO2 2NaOH=Na2SiO3+H2O (盛 碱 液 的 试 剂 瓶 用 橡 皮 塞 )CO2 2NaOH=Na2CO3 H2O 或 CO2 NaOH=NaHCO3不 反 应CO2 Na2CO3 H2O=2NaHCO3SiO2 CaO CaSiO3 CO2 Na2O=Na2CO3Ca(ClO)2 CO2 H2O=CaCO3 2HClOCO2 H2O H2CO3不 反 应 性 质 ： 硅 酸 (H2SiO3) 白 色 胶 状 固 体 ， 不 溶 于 水 ,二 元 弱 酸 ， 酸 性 比碳 酸 还 弱 制 备 ：现 象 滴 加 酚 酞 试 液 后 溶 液 呈 红 色 ， 滴 加 稀 盐 酸 后 红 色变 浅 最 后 无 色 ， 有 白 色 透 明 的 胶 状 物 生 成 。结 论 1.硅 酸 钠 水 溶 液 呈 碱 性 。 2.硅 酸 不 溶 于 水 。 实 验原 理 实 验 4-1 硅 酸 的 制 备Na 2SiO3+2CO2（ 足 量 ） +2H2O=2NaHCO3+H2SiO3 不 稳 定 性 ： H2SiO3 = SiO2 + H2O想 一 想 ： 怎 样 设 计 实 验 制 取 H2SiO3呢 ？ SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3CO2（ 少 量 ） +H2O=Na2CO3+H2SiO3SiO32- + 2H2O + 2CO2= 2HCO3 (强 酸 制 取 弱 酸 ） 硅 酸 溶 胶 硅 酸 凝 胶 硅 胶 生 成 的 硅 酸 逐 渐 聚 合而 形 成 硅 酸 溶 胶 ， 经 干 燥 脱 水 就 形 成 硅 酸 干 凝胶 ， 称 为 “ 硅 胶 ” 。 常 常 用 做 袋 装 食 品 和 瓶 装 药品 的 干 燥 剂 。 也 可 用 做 催 化 剂 的 载 体 。硅 胶 的 制 取 和 用 途 （ 氯 化 钴 、 溴 化 铜 ） 硅 胶 泳 帽 硅 胶 干 燥 剂不 溶 于 水 、 不 透 水 耐 腐 蚀 、 稳定 无 味 无 毒吸 附 水 的 能 力 强 最 简 单 的 硅 酸 盐 是 硅 酸 钠 （ Na2SiO3 ） ， 是 一种 可 溶 性 硅 酸 盐 ， 硅 酸 钠 的 水 溶 液 俗 称 水 玻 璃 ,又 称 泡 花 碱 ， 可 用 作 制 备 硅 胶 和 木 材 防 火 剂 及 黏胶 剂 等 的 原 料 ， 也 可 作 肥 皂 填 料 。 硅 酸 盐 是 由 硅 、 氧 和 金 属 组 成 的 化 合 物 的 总称 ， 在 自 然 界 分 布 极 广 。 硅 酸 盐 是 一 大 类 结 构复 杂 的 固 态 物 质 。 硅 酸 盐 大 多 不 溶 于 水 ， 化 学 性质 很 稳 定 。二 、 硅 酸 盐 取 两 个 小 木 条 或 滤 纸 条 ， 分 别 放 入 蒸馏 水 和 Na2SiO3饱 和 溶 液 中 ， 使 之 充 分 吸 湿 、 浸 透 ，取 出 稍 沥 干 （ 不 再 滴 液 ） 后 ， 同 时 分 别 放 置 在 酒精 灯 外 焰 处 。 观 察 现 象 。实 验 4-2放 入 蒸 馏 水 放 入 2SiO3饱 和 溶 液现 象 水 分 蒸 发 后 燃 烧 水 分 蒸 发 后 不 易 燃 烧结 论 水 不 能 防 火 用 水 玻 璃 浸 泡 过 的 木 材 或 织 物 可 防 火资 料 卡 片 硅 酸 盐 组 成 的 表 示硅 酸 盐 的 种 类 繁 多 ， 结 构 复 杂 ， 其 组 成 的 表示 方 法 有 两 种 ： 如 ： 硅 酸 钠 Na2SiO3， 硅 酸 钙 CaSiO3等 。 此 法 一般 用 于 组 成 较 简 单 的 硅 酸 盐 。 化 学 式 法 氧 化 物 法 通 常 用 二 氧 化 硅 和 金 属 氧 化 物 的 组 合 形 式 表示 硅 酸 盐 的 组 成石 棉 ： CaMg3Si4O12 云 母 ： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 【 注 意 事 项 】 由 于 硅 酸 盐 的 组 成 与 结 构 很复 杂 ， 为 了 简 化 对 硅 酸 盐 组 成 的 表 示 方 法 ， 采 用了 氧 化 物 表 示 法 。 实 际 上 硅 酸 盐 不 是 以 简 单 氧 化物 形 式 存 在 的 ， 而 是 以 种 种 结 构 复 杂 的 盐 的 形 式存 在 的 。【 注 意 事 项 】 以 氧 化 物 的 形 式 来 表 示 硅 酸盐 的 组 成 ， 要 注 意 掌 握 写 成 氧 化 物 的 书 写 原 则 ；各 元 素 写 成 相 应 的 氧 化 物 ， 中 间 用 “ ” 间 隔 ， 而且 写 成 氧 化 物 后 ， 原 化 学 式 中 各 元 素 的 原 子 的 个数 比 应 保 持 不 变 ， 元 素 种 类 不 变 ,价 态 保 持 不 变。 活 泼 金 属 氧 化 物 较 活 泼 金 属 氧 化 物 二 氧 化 硅 水 人 面 鱼 纹 盆 (陶 瓷 ) 砖 瓦 (陶 瓷 )陶 瓷 ： 以 黏 土 为 原 料 ， 经 高 温 烧 结 而 成 。 日 用 器皿 、 建 筑 饰 材 、 卫 生 洁 具传 统 无 机 非 金 属 材 料 硅 酸 盐 材 料 以 含 硅 的 物 质 为 原 料 ， 在 高 温 的 条 件 下 制 成的 硅 酸 盐 产 品 。 玻 璃 、 陶 瓷 、 水 泥 。 普 通 玻 璃 : 以 纯 碱 、 石 灰 石 和 石 英 为 主 要 原 料 设 备 ： 玻 璃 窑 Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2高 温高 温现 代 建 筑 离 不 开 玻 璃 的 装 饰 和 采 光 水 泥 ： 以 黏 土 、 石 灰 石 为 主 要 原 料设 备 ： 水 泥 回 转 窑 水泥及其制品 金 刚 砂硅 钢 硅 橡 胶-60-250具 有 特 殊 功 能 的 含 硅 的 物 质 高 温 结 构 陶 瓷科 学 视 野 新 型 无 机 非 金 属 材 料 新 型 陶瓷透 明 陶 瓷透 明 氧 化 铝 陶 瓷 高 压 钠 灯管 压 电 陶 瓷生 物 陶 瓷 利 用 陶 瓷 ， 还 可 实 现 多 种 功 能 互 换 。 如 安 放在 打 火 机 中 的 压 电 陶 瓷 ， 一 经 敲 打 即 刻 产 生 一 个电 火 花 ， 将 机 械 能 转 变 成 电 能 。 这 种 陶 瓷 强 度 大 ,韧 性 好 ,与 人 体 亲 和 力 好 ，目 前 它 是 人 体 骨 骼 和 牙 齿 的 重 要 移 植 材 料 。 在 这一 领 域 我 国 处 于 世 界 领 先 水 平 。超 导 陶 瓷所 谓 超 导 现 象 就 是 金 属 的 电 阻 随 温 度 的 升 高而 增 大 ， 当 金 属 的 温 度 降 低 时 ， 它 的 电 阻 减 小 ,当 温 度 降 到 -269 （ 液 氮 温 度 ， 为 4K） 左 右 时 ，水 银 的 电 阻 变 为 零 ， 这 种 现 象 叫 超 导 现 象 我 国 研 制 的 超 导 陶 瓷 的 临 界 温 度 为 77K， 处 于 世界 领 先 水 平 。 科 学 视 野 硅 有 晶 体 硅 和 无 定 形 硅 两 种 同 素 异 形 体 灰 黑 色 ， 有 金 属 光 泽 ， 硬 而 脆 的 固 体 熔 、 沸 点 高 、 硬 度 大 晶 体 硅 是 良 好 的 半 导 体 材 料 （ 占 95 ）1.物 理 性 质 :2.化 学 性 质 ： Si + O 2(纯 氧 ) = SiO2 三 、 硅 （ Si） 常 温 下 加 热 Si + 2F 2 = SiF4 高 温 Si + C = SiC高 温 用 途 作 为 良 好 的 半 导 体 材 料 ， 硅 可 用 来 制 造 集 成电 路 、 晶 体 管 、 硅 整 流 器 等 半 导 体 器 件 ， 还 可 以 制 成 太阳 能 电 池 ， 硅 的 合 金 可 用 来 制 造 变 压 器 铁 芯 等 。 常 温 下 ， 硅 的 化 学 性 质 不 活 泼 ， 除 氢 氟 酸 、氟 气 、 强 碱 外 不 跟 其 他 物 质 如 ： 氧 气 、 氯 气 、 硫酸 等 起 反 应 ， 但 在 加 热 情 况 下 ， 硅 也 能 跟 一 些 非金 属 反 应 。 单 晶 硅 硅 芯 片 硅 太 阳能 电 池集 成 电 路 晶 体 管硅 芯 片 是 各 种 计 算 机 、 微 电 子 产 品 的 核 心信 息 技 术 光 电 池