无机非金属材料的主角--硅

无 机 非 金 属 材 料 的 主 角 硅第 四 章 非 金 属 及 其 化 合 物 地 壳 中 含 量 最 多 的 前 两 种 元 素 是 和 ， 它 们 构 成 了 地 壳 的 基 本 骨 架 。 硅 在 地壳 中 的 含 量 为 。 硅 的 及 构 成 了 地 壳 中 大 部 分 的 岩 石 、 沙 子 和 土壤 ， 约 占 地 壳 质 量 的 以 上 。 【 获 取 新 知 】 硅 是 一 种 亲 元 素 ， 主 要 以 熔 点 很 高的 的 形 式 存 在 。 而 碳 在 地 壳 中主 要 形 成 等 矿 物 。硅 氧26.3% 氧 化 物硅 酸 盐 90%氧氧 化 物 、 硅 酸 盐石 灰 岩 、 碳 酸 盐阅 读 教 材 P7475， Si是 岩 石 、 沙 子 、 土 壤 等 矿 物 界 的 主 角 ： 一 、 二 氧 化 硅 1.存 在 地 球 上 存 在 的 二 氧 化 硅 叫 ， 约 占 地 壳 总 质量 的 ； 其 存 在 形 态 有 和 两 大 类 。12% 硅 石结 晶 形 无 定 形 硅 藻 土水晶玛 瑙 水晶 石 英玛 瑙 沙 子 石 英 水 晶 玛 瑙 Si O正 四 面 体SiO 2是 正 四 面 体 的 空 间 网 状 结 构 ， 因 此 硬 度 大 ，熔 点 （ 1710 ） 、 沸 点 高 。 2.SiO2的 空 间 结 构 ： 3.SiO2的 物 理 性 质 与 用 途 ：物 质 SiO2 CO2 状 态 （ 常 温 ） 气 体熔 点 -56.6 沸 点 -78.5 溶 解 性 1 ： 1硬 度 固 体16102230不 溶 于 水大二 氧 化 硅 是 一 种 高 硬 度 、 高 熔 沸 点 的 固 体 化 合 物 ！ 耐 高 温 石 英 坩 埚 光导纤维 玛 瑙 饰 品水晶工艺品 4.化 学 性 质(1)不 活 泼 性 ： 常 温 下 ， 与 水 不 反 应 ， 氢 氟 酸 是 惟 一 可 以 与之 反 应 的 酸 ， 化 学 方 程 式 ： . 玻 璃 中 含 SiO 2， 所 以 可 以 用 来 雕 刻 玻 璃 ，氢 氟 酸 不 能 用 瓶 盛 装 氢 氟 酸玻 璃SiO2+4H F SiF4+2H 2O 雕 花 玻 璃 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 (2)具 有 性 氧 化 物 的 通 性 ： 与 烧 碱 溶 液 反 应 ： 与 生 石 灰 反 应 ： (3)弱 氧 化 性 ：酸 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO 高 温 CaSiO3高 温 2C+SiO 2 Si+2CO 二 氧 化 碳 二 氧 化 硅空 气 硅 石 、 石 英 、 水 晶 、玛 瑙 、 沙 子 、 硅 藻 土熔 、 沸 点 低 ， 微 溶 于 水 熔 点 高 ， 硬 度 大 ， 不 溶 于 水CO2+H2O=H2CO3 不 反 应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO=CaCO3 SiO2+CaO 高 温 CaSiO3存 在物 理 性 质 不 反 应 与 氢 氟 酸 反 应SiO 2+4H F=SiF4+2H 2O化学性质 与 水 反 应与 NaOH 反 应与 CaO反 应与 酸 反 应与 碳 反 应 2CO2+ C 2CO 2C+SiO2 Si+2CO高 温CO2 、 SiO2的 化 学 性 质 为 什 么 十 分 相 似 ？ SiO2与 CO2性 质 比 较 思 考 1？ H F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 。 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、 实 验 室 氢 氟酸 盛 装 在 什 么 试剂 中 ？1、 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 ？ SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+4HF=SiF4 +2H2O 硅 酸 是 一 种 弱 酸 ， 它 难 溶 于 水 ， 不 能 使 指 示剂变 色 ， 是 一 种 白 色 粉 末 状 的 固 体 。 思 考 2？ 二 氧 化 硅 难 溶 于 水 ， 也 不 与 水 反应 ， 那 么 ， 如 何 制 得 硅 酸 呢 ？二 、 硅 酸 ： (H2SiO3) 实 验 4-1： 向 饱 和 Na2SiO3溶 液 中 滴 入 酚 酞 ， 再 滴 入 稀 盐 酸现 象结 论方 程 式 滴 入 酚 酞 溶 液 呈 红 色Na2SiO3呈 碱 性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl实 验 探 究 ： 滴 入 盐 酸 有 胶 状 沉 淀 产 生硅 酸 难 溶 于 水 硅 酸 浓 度 较 大 时 ， 则 形 成软 而 透 明 的 、 胶 冻 状 的 硅酸 凝 胶 ， 硅 酸 凝 胶 经 干 燥脱 水 后 得 到 多 孔 的 硅 酸 干凝 胶 ， 称 为 “ 硅 胶 ” 。可 通 过 与 制 得 ， 所 生 成的 H2SiO3易 聚 合 形 成 ； 可 溶 性 硅 酸 盐 硅 酸 溶 胶其 他 酸硅 胶 多 孔 ， 吸 附 水 分 能 力 强 ， 常 用 作 实 验 室 和 袋 装 食 品品 、 瓶 装 药 品 等 的 干 燥 剂 ， 也 可 用 做 催 化 剂 的 载 体 。 活 动 与 探 究 ：硅 酸 是 一 种 比 碳 酸 还 要 弱 的 酸 ， 请 利 用 中 学 实验 室 常 见 的 仪 器 及 药 品 ， 设 计 一 个 简 单 实 验 ，证 明 硅 酸 的 酸 性 比 碳 酸 弱 。 实 验 原 理 把 CO2通 入 Na2SiO3溶 液 中方 法 一 : 方 法 二 :Na2SiO3+H 2O+CO2 H 2SiO3+Na2CO3 课 堂 小 结 ：SiO2 存 在 自 然 界 中 的 硅 石 、 石 英 、 水 晶 、 玛 瑙 、 硅 藻 土 等 。物 理 性 质 高 熔 点 、 高 硬 度 、 不 溶 于 水 的 固 体 。结 构 硅 氧 四 面 体 空 间 拓 展 形 成 立 体 网 状 结 构化 学 性 质 与 碱 性 氧 化 物 、 强 碱 反 应 ； 与 H F反 应 能 腐 蚀 玻 璃 。H2SiO3 物 理 性 质 不 溶 于 水 、 受 热 易 分 解 的 白 色 固 体 。 化 学 性 质 酸 性 比 碳 酸 还 弱 的 弱 酸 。.用 途 （ 1） 制 作 光 导 纤 维 （ 2） 石 英 仪 器 ： 石 英 坩 埚 、 石 英 表 （ 3） 水 晶 ： 电 子 工 业 的 主 要 原 料 ， 装 饰 品 （ 4） 玛 瑙 ： 工 业 轴 承 部 分 、 装 饰 品 等 课 堂 量 分 测 试 ：1.地 壳 中 含 量 第 一 和 第 二 的 两 种 元 素 所 形 成 的 化 合 物 不 具 有 的 性 质 是 （ ） A.硬 度 很 大 ， 熔 点 很 高 B.与 水 反 应 生 成 对 应 的 酸 C.属 于 酸 性 氧 化 物 D.不 溶 于 任 何 酸 的 固 体 BD2.下 列 物 质 的 变 化 ， 不 能 通 过 一 步 化 学 反 应 完 成 的 是 （ ） A.CO 2 H2CO3 B.SiO2 Na2SiO3 C.NaHCO3 Na2CO3 D.SiO2 H2SiO3D 课 堂 量 分 测 试 ：3.下 列 试 剂 的 贮 存 方 法 与 NaOH溶 液 不 相 同 的 是 （ ） A.HF溶 液 B. Na2CO3 溶 液 C.盐 酸 D. Na2SiO3溶 液AC 4.能 证 明 硅 酸 的 酸 性 弱 于 碳 酸 酸 性 的 实 验 事 实 是 （ ） A.CO2溶 于 水 形 成 碳 酸 ， SiO2难 溶 于 水 B.CO2通 入 可 溶 性 硅 酸 盐 中 析 出 硅 酸 C.高 温 下 SiO2与 碳 酸 盐 反 应 生 成 CO2 D.HCl通 入 Na 2CO3 溶 液 放 出 CO2 通 入 Na2SiO3溶 液 中 生 成 H2SiO3沉 淀B 课 堂 量 分 测 试 ：5.能 将 Na2SiO3、 CaCO3、 SiO2三 种 白 色 粉 末 鉴 别 开 来 的 试 剂 是 （ ） A.NaOH溶 液 B.水 C.氢 氟 酸 D.稀 盐 酸D6.写 出 Na2SiO3溶 液 露 置 于 空 气 中 变 浑 浊 的 化 学 方 程 式 ， 并 改 写 成 离 子 方 程 式 。 课 堂 回 忆 ：SiO2 存 在 自 然 界 中 的 硅 石 、 石 英 、 水 晶 、 玛 瑙 、 硅 藻 土 等 。物 理 性 质 高 熔 点 、 高 硬 度 、 不 溶 于 水 的 固 体 。结 构 硅 氧 四 面 体 空 间 拓 展 形 成 立 体 网 状 结 构化 学 性 质 与 碱 性 氧 化 物 、 强 碱 反 应 ； 与 H F反 应 能 腐 蚀 玻 璃 。H2SiO3 物 理 性 质 不 溶 于 水 、 受 热 易 分 解 的 白 色 固 体 。 化 学 性 质 酸 性 比 碳 酸 还 弱 的 弱 酸 。.用 途 （ 1） 制 作 光 导 纤 维 （ 2） 石 英 ： 石 英 坩 埚 、 石 英 表 （ 3） 水 晶 ： 工 艺 装 饰 品 （ 4） 玛 瑙 ： 工 业 轴 承 部 分 、 装 饰 品 等 答 一 答 ， 比 一 比 ：1。 你 能 说 出 二 氧 化 硅 的 三 种 “ 俗 名 ” 吗 ？2。 写 出 NaOH溶 液 腐 蚀 玻 璃 的 化 学 方 程 式 ？3。 写 出 HF溶 液 雕 刻 玻 璃 的 化 学 方 程 式 ？4。 用 方 程 式 表 示 硅 酸 的 酸 性 比 碳 酸 弱 ？方法一 方法二SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+4HF=SiF4 +2Na2Si 3+CO2+H2O = H2SiO3 +Na2CO3 硅 酸 盐 导 读 提 示 ：(1)硅 酸 盐 的 组 成 元 素 ？(2)硅 酸 盐 的 主 要 通 性 ？ (3)“ 水 玻 璃 ” 的 性 质 和 用 途 ？(4)硅 酸 盐 的 氧 化 物 的 表 示 方 法 ？(5)传 统 三 大 硅 酸 盐 产 品 ？(6)陶 瓷 、 玻 璃 、 水 泥 的 原 料 ？ 反 应 ？(7)“ 金 刚 砂 ” 成 分 ？ 性 质 和 用 途 ？ 七 、 硅 酸 盐 ：(1)元 素 组 成 硅 、 氧 和 金 属 等滑 石 : Mg3Si4O12H 2 石 棉 : CaMg3Si4O12和 田 玉 ： Ca 2Mg5Si8O24H2黏 土 : Al2Si2O9H 4 (2)共 同 性 质 ： 大 多 为 高 熔 点 固 态 物 质 ， 大 多 难 溶 于 水 ， 化 学 性 质 很 稳 定(3) Na2SO3性 质 和 用 途 ： Na2SO3水 溶 液 俗 称 水 玻 璃 ； 水 溶 液 呈 碱 性 ； 用 于 制 “ 硅 胶 ” 和 木 材 防 火 剂 。七 、 硅 酸 盐 ：(1)元 素 组 成 硅 、 氧 和 金 属 等 硅 酸 钠 ： Na2SiO3 Na2OSiO2石 棉 ： CaMg3Si4O12钾 长 石 ： KAlSi3O8普 通 玻 璃 :CaNa2Si6O14 CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2Na2OCaO6SiO22。 表 示 的 顺 序 是 ： 活 泼 金 属 氧 化 物 较 活 泼 金 属 氧 化 物 二 氧 化 硅 水 化 合 价 低 的 金 属 氧 化 物 放 在 前 面 ，1 保 持 原 有 各 元 素 的 化 合 价 不 变 ， 按 顺 序 写 出 各 元 素 的 氧 化 物 。3。 除 氧 元 素 外 ， 其 他 元 素 的 原 子 个 数 之 比 符 合 原 来 的 组 成 ， 配 置 出 现 分 数 时 应 化 为 整 数 。(4)硅 酸 盐 的 氧 化 物 的 表 示 方 法 ？ 练 习 ：高 岭 土 ： Al2Si2O5(OH)4白 云 母 ： K2Al6Si6(OH)8O18 Al2O3 2SiO2 2H2OK2O 3Al2O3 6SiO2 4H2O高岭土 白云母 t陶 瓷玻璃 水 泥 (5)传 统 三 大 硅 酸 盐 产 品 ： 陶 瓷 玻 璃 水 泥原 料设 备过 程原 理成 分 黏 土 石 灰 石 、 纯 碱 、 石 英 石 灰 石 、 黏 土 、 石 膏（ 轮 ） 窑 玻 璃 窑 （ 炉 ） 水 泥 回 转 窑原 料 粉 碎 ， 配 比 混 合 、 高 温 强 热 ， 冷 却 成 型复 杂 的 物 理 、 化 学 变 化 。 形 成 玻 璃 反 应 ：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3 + SiO2= CaSiO3 + CO2 高 温高 温硅 酸 盐 、铝 硅 酸 盐 Na 2SiO3CaSiO34SiO2Na2OCaO6SiO2 硅 酸 三 钙 (3CaOSiO2)、硅 酸 二 钙 (2CaOSiO2)、铝 酸 三 钙 (3CaOAl2O3) (6)陶 瓷 、 玻 璃 、 水 泥 的 原 料 、 反 应 ： 新 型 无 机 非 金 属 材 料1。 碳 化 硅 （ SiC） 金 刚 砂 ： 高 硬 度 、 高 熔 点 耐 磨 材 料 新 型 无 机 非 金 属 材 料2。 硅 橡 胶 既 耐 高 温 又 耐 低 温 的 弹 性 材 料 新 型 无 机 非 金 属 材 料3。 光 导 纤 维 光 纤 ：光 导 纤 维 可 传 导 光图 像 以 及 美 妙 的 音乐 信 号 ， 主 要 用 于远 距 离 通 信 。光 纤 胃 镜 耐 高 温 、 耐 磨 损 、 耐 腐 蚀不 易 传 热 等 优 点 ， 不 需 用水 冷 却 ， 热 效 率 高 。新 型 无 机 非 金 属 材 料4。 高 温 结 构 陶 瓷 氮 化 硅 陶 瓷 新 型 无 机 非 金 属 材 料5。 氧 化 铝 陶 瓷 (人 称 人 造 刚 玉 ）氧 化 铝 陶 瓷 （ 人 造 刚 玉 ）特性 高 熔 点 ； 高 硬 度 ； 可 制 成 透 明 陶 瓷 ； 无 毒 、 不 溶 于 水 ， 强 度 高 对 人 体 有 较 好 的 适 应 性 用途 高 级 耐 火 材 料 ，刚 玉 球 磨 机 ；高 压 钠 灯 的 灯 管 ；人 造 骨 、 人 造 牙 、 人 造 关 节 等 高 压钠 灯 1、 原 料 ： 黏 土 2、 过 程 ： 混 合 成 型 干 燥 烧 结 冷 却 陶 瓷 器陶 瓷 器 加 工 过 程 ：