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第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅的存在与分布：硅的存在与分布：硅硅在地壳中在地壳中含量第二含量第二，硅的硅的氧化物氧化物及及硅酸盐硅酸盐约占地壳质量的约占地壳质量的90%90%以上。以上。没有游离态没有游离态，只有化合，只有化合态态(因为它是亲氧元素）；自然界中分布广泛，是构成矿因为它是亲氧元素）；自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。物和岩石的基本元素。天然水晶天然玛瑙天然玛瑙天天然然的的 SiO2 硅硅石石有有结晶形结晶形（石英石英晶体）晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙一、二氧化硅一、二氧化硅（SiO2 ）1 1、存在、存在 2 2、二氧化硅的用途：、二氧化硅的用途：石英制品石英制品现代通信用光缆现代通信用光缆光光学学纤纤维维胃胃镜镜用用光光导导纤纤维维做做无无开开刀刀手手术术光导纤维手术头灯光导纤维手术头灯二氧化硅的重要用途：二氧化硅的重要用途：光导纤维材料光导纤维材料P P7676思考与交流思考与交流物理性质：物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。熔点高，硬度大，不溶于水。根据根据SiO2的存在和应用。分析：的存在和应用。分析：SiO2有哪些物理性质？有哪些物理性质？化学稳定性如何？化学稳定性如何？化学稳定性良好，化学稳定性良好，不活泼不活泼。想一想：想一想：SiO2属于属于酸性氧化物酸性氧化物，推测它，推测它的化学性质。的化学性质。酸性氧化物酸性氧化物+水水=酸酸 酸性氧化物酸性氧化物+碱碱=盐盐+水水酸性氧化物酸性氧化物+碱性氧化物碱性氧化物=盐盐 3 3、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质（1 1）酸性氧化物的性质（如同）酸性氧化物的性质（如同CO2）高温高温高温高温SiO2 CaO=CaSiO3与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐（有粘性）有粘性）（1 1）酸性氧化物的性质（如同）酸性氧化物的性质（如同CO2）硅酸钠硅酸钠实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什溶液的试剂瓶为什么么用橡胶塞用橡胶塞而而不用玻璃塞不用玻璃塞？NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成Na2SiO3，使瓶塞使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛部分粘结而无法打开。因此盛装装NaOH溶液的试剂瓶不能用溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。玻璃塞而要用橡胶塞。想一想想一想2 2、特性、特性：只能只能与酸中的与酸中的氢氟酸氢氟酸HFHF反应反应SiO2 4HF =SiF42H2O此反应常用于雕刻玻璃此反应常用于雕刻玻璃1 1、SiO2既可与碱反应既可与碱反应,也能与也能与氢氟酸反应氢氟酸反应,SiO2是不是是不是两性氧化物两性氧化物？想一想想一想2 2、实验室为什么、实验室为什么不用玻璃瓶不用玻璃瓶盛装氢氟酸？盛装氢氟酸？HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。我们知道：我们知道：CO2H2OH2CO3 但是但是SiO2不能与水直接不能与水直接化合成化合成H2SiO3，那怎样那怎样制备制备H2SiO3呢？呢？二、二、硅酸（硅酸（H2SiO3）想一想想一想【实验实验4-14-1】在试管中加入在试管中加入3-5ml 3-5ml Na2SiO3液，液，滴入滴入1-21-2酚酞酚酞，再逐滴加入，再逐滴加入稀盐酸稀盐酸，边滴，边滴边振荡，直至溶液红色消失，静置，观察现象。边振荡，直至溶液红色消失，静置，观察现象。视频视频现象现象结论结论化学方化学方程式程式滴入酚酞后溶液变为红色；再滴入稀盐酸，溶液红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。色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。Na2SiO3溶液呈碱性；硅酸不溶于水；溶液呈碱性；硅酸不溶于水；形成硅酸凝胶。形成硅酸凝胶。Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3SiO32-+2H+=H2SiO3离子方程式：离子方程式：动手写动手写：P P7777表格。表格。练一练练一练已知酸性强弱：已知酸性强弱：H2SiO3 H2CO3依据依据“强酸可以制取弱酸强酸可以制取弱酸”，写出，写出少量少量CO2的通入的通入Na2SiO3溶液的反应溶液的反应的化学方程式。的化学方程式。CO2+H2O+Na2SiO3 =H2SiO3+Na2CO3比较比较强强的的酸酸盐盐比较比较弱弱的的新酸新酸新盐新盐三、硅酸盐三、硅酸盐结构复杂，一般不溶于水。结构复杂，一般不溶于水。2.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称其水溶液俗称水玻璃水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料是制备硅胶和木材防火剂等的原料。1.是由是由硅、氧和金属硅、氧和金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。3.硅酸盐的化学性质硅酸盐的化学性质（1）有很强的热稳定性，能耐高温。）有很强的热稳定性，能耐高温。（2）硅酸盐易于酸反应）硅酸盐易于酸反应 Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3 当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防制备木材防火剂的原料火剂的原料【实验实验4-2 4-2】硅酸钠的耐热性实验。硅酸钠的耐热性实验。取两张滤纸，分别取两张滤纸，分别放入蒸馏水和放入蒸馏水和Na2SiO3的饱和溶液，使之充分吸湿、的饱和溶液，使之充分吸湿、浸透，取出沥干后，同时放在酒精灯外焰。浸透，取出沥干后，同时放在酒精灯外焰。放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液结论结论现象现象4 4、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示顺序：顺序：活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化较活泼金属氧化物物 SiOSiO2 2 H H2 2O O方法：方法：保持原有各元素保持原有各元素化合价不变化合价不变，按下列顺序，按下列顺序写出各种元素的氧化物，用分隔号隔开。写出各种元素的氧化物，用分隔号隔开。如：如：硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3)Na2O SiO2 镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）2MgO SiO2钙沸石钙沸石 Ca(Al2Si3O10)3H2OCaO Al2O3 3SiO23H2O陶瓷：原料陶瓷：原料黏土黏土玻璃：原料玻璃：原料纯碱、石灰石和纯碱、石灰石和石英石英；水泥：原料水泥：原料黏土黏土和石灰石；和石灰石；加适量石膏；加适量石膏；5.用途：用途：重要的无机非金属材料重要的无机非金属材料陶瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃:以纯碱以纯碱 、石灰石和石英、石灰石和石英 为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。制得。(Na2CO3)（SiO2）以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料水泥水泥具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质1.碳化硅（碳化硅（SiC俗称金刚砂俗称金刚砂），具有金刚石），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。磨料。2.硅硅 钢钢 高导磁性高导磁性 用作变用作变压器铁芯压器铁芯4.分子筛分子筛吸附剂、催化剂吸附剂、催化剂 具有均匀微具有均匀微孔结构的铝孔结构的铝硅酸盐硅酸盐3.硅橡胶硅橡胶良好的弹性良好的弹性新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨 1.物理性质：物理性质：（1）存在：硅有晶体硅和无定形硅两种）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）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似 于金刚石，于金刚石，熔点熔点(1410)和沸点都和沸点都很高很高，硬度大硬度大。（3）导电性介于导体和绝缘体之间，可以）导电性介于导体和绝缘体之间，可以 做做半导体材料半导体材料。四、硅单质四、硅单质2、化学性质、化学性质-不活泼不活泼(1)常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与常温下，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。氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)加热条件下，能跟一些非金属单质起反应加热条件下，能跟一些非金属单质起反应Si+O2=SiO2 Si+2H2=SiH4高温高温3 3、制法、制法SiO2+2C=Si+2CO（制取粗硅）（制取粗硅）高温高温5.5.用途用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良是良好的好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料硅硅太阳能电池太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）
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