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必修1第四章4.1.1硅及其化合物

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高中化学审核员

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第四章  非金属及其化合物

            第一节  
    无机非金属材料的主角—硅





美国硅谷
1.硅的存在
 硅在地壳中的含量仅次于  氧     占26.3% 。
 自然界中它容易与__化合,是一种亲__元素。氧       氧                           
 2.碳和硅元素的比较
                      碳           硅

原子结构示意
图               +6 2 4     +14 2  8 4
主要化合价
                +2     +4      +4

主要存在形式         石灰岩 碳酸盐
                           氧化物  硅酸盐
               碳的氧化物
一、二氧化硅和硅酸

 1、二氧化硅( SiO2 )
 (1)二氧化硅的存在

 天
                                水晶
 然     有结晶形(石英晶体)
 的   

 SiO2 
  
 硅
 石     无定形——硅藻土
                                 玛瑙
  科学视野

(2)二氧化硅的结构


  SiO2是正四面体的空间网状结构,
  性质很稳定!不存在SiO2分子!  
根据SiO2的存在和用途,请你分析以下问题:SiO2具有
哪
些物理性质?化学稳定性如何? 将你的认识写在下面的
横线上,并与同学交流。

物理性质:____________________________固体 纯净的SiO2  无色透明  不溶于水   
          硬度大  熔点高

化学稳定性:_______很稳定 ,除氢氟酸外一般不与其他酸反应
,可以与强碱如NaOH等反应,属于酸性氧化物。  
(3)SiO2的化学性质:
  ① 酸性氧化物

   SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O      


  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?

  (提示:玻璃中含有SiO2)
实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?
 ② 特性

 SiO2 +  4HF =SiF4↑+ 2H2O  
 (此反应常用于刻蚀玻璃)
(4)二氧化硅的用途


   石英研钵                光导纤维                坩埚
2、硅酸(H2SiO3)

 (1) 制取 (较强酸制较弱酸)

      滴入酚酞后溶液变为红色,再滴入稀盐酸,
  溶液由红色变浅至无色,同时有白色胶状物质
  产生。
  
      a、Na2SiO3溶液呈碱性;b、可溶性硅酸盐
  与盐酸反应生成不溶于水的白色胶状沉淀硅酸
  。
  
 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl  +  H2SiO3↓
思考:

分析以上制取原理,若将CO2通入 Na2SiO3溶液中
有何现象?                       
  (温馨提示: 碳酸的酸性强于硅酸的酸性)    

 CO2+H2O+Na2SiO3=H2SiO3(胶体)+Na2CO3
 ① 物理性质:白色胶状,不溶于水


H4SiO4(原硅酸) ==H2 O   +   H2SiO3(硅酸)

 ② 化学性质:硅酸是不溶于水的极弱酸,
 酸性弱于碳酸,不能使酸碱指示剂变色。 
                  加热
 受热易分解
             H2SiO3   ==   SiO2+H2O
(2)用途
    生成的硅酸逐渐聚合而形
成硅酸溶胶,经干燥脱水就
形成硅酸干胶,称为“硅胶
”。常常用做食品、药品的
干燥剂。也可用做催化剂的
载体。

              脱水
 硅酸----硅酸溶胶----硅胶
   小结:
 二氧化硅与二氧化碳的比较

                                   SiO
               CO2                    2
 存  在          空气             石英、水晶、玛瑙、沙子等
 物理性质       熔、沸点低, 微溶于水       熔点高,硬度大,不溶于水

   与水反应     CO2+H2O=H2CO3     不反应
化学性质
  与NaOH反应  CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
                                      高温
  与CaO反应    CO2+CaO=CaCO3     SiO2+CaO   CaSiO3

   与酸反应     不反应                SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
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(  B    )   
A.熔点很高                          B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐      D.坚硬
2.赏心悦目的花瓶图案是用下列物质的一种对玻璃进行刻
蚀而形成的,这种物质是(   B    )      
A.盐酸     B.氢氟酸     C.烧碱     D.纯碱 
3、下列试剂不能贮存在磨砂玻璃塞的试剂瓶里的
是(  B    )

A.HNO3溶液               B.KOH溶液  
C.盐酸                         D.NaCl溶液

 4.下列物质的变化,不能通过一步化学反应完成的
 是(  D     )           

 A.CO2→H2CO3                   B.SiO2→Na2SiO3    

 C.Na2O→Na2CO3                D.SiO2→H2SiO3
5. 将过量的CO2分别通入:  

① CaCl2溶液;  ② Na2SiO3溶液;  ③ Ca(OH)2溶液;

④ AlCl 3 溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的
是 (   B     )
A.①②③④    B.②④     C.①②③    D.②③

6.要除去SiO2中混有的少量CaO杂质,最适宜的试剂
是 (   B     ) 
A.纯碱溶液    B. 盐酸    C.硫酸    D.苛性钠溶液
7.下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是(   B    )

A.SiO2 +2C===Si+2CO↑

B.SiO2 +2NaOH===Na2SiO3+H2O

C.SiO2 +4HF===SiF4↑+2H2O

D.SiO2 +CaCO3===CaSiO3+CO2↑
8.下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是(   C    )
A.  烧碱溶液        B.  浓硫酸     
C. 氢氟酸            D.  碳酸钠溶液
9.制造光导纤维的主要原料是(    B    )
A.晶体硅           B.二氧化硅        
C.石墨               D.硅酸钠
10.下列叙述正确的是(    C    )
A.自然界存在大量单质硅

B.SiO2 与任何酸都不起反应 
C.光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输

D.SiO2 的化学性质活泼,能与很多物质发生化学反应
11.硅酸的工业制法是:将稀释好的硅酸钠和硫酸反应

生成水凝胶,经水洗干燥得成品。有关的化学方程式是                                                                                    

     Na SiO  + H SO  = Na SO  +  H SiO ↓ 
。      2   3   2   4   2  4    2  3
二、硅酸盐

 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。

 结构复杂,一般不溶于水,化学性质很稳定

 1、最简单的硅酸盐:硅酸钠(Na2SiO3) 
 其水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂等的原   
 料。还可以作为矿物胶。
实验4-2


       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)

  科学视野
              硅酸盐的丰富性和多样性(阅读课本)
2、硅酸盐工业
 (1)玻璃:

  普通玻璃:以纯碱    (Na      2 CO     3 )   、石灰石和石英 (   SiO      2 )   为
 原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融制得。  
                 ①有关反应化学方程式:
                             高温
                 Na2CO3+SiO2 = == = Na2SiO3+CO2↑             
                            高温
                 CaCO3+SiO2= == =CaSiO3+CO2↑
                 ②主要成分:

                  Na2SiO3、CaSiO3、SiO2         (

                 Na2O•CaO•6SiO2)
(2)水泥

 以黏土和石灰石为主要原料

   经研磨、混合后在水泥
回转窑中煅烧,再加入适
量石膏,研成细粉就得到
水泥。
   石膏的作用是调节水泥
硬化速度。
(3)传统硅酸盐陶瓷:

    传统硅酸盐陶瓷是以粘土为原料,经高温烧结而成。日
常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等
。
人面鱼纹彩陶盆
(4)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

 (最好的既耐高温又耐     
 低温的橡胶)


  ④分子筛
(具有均匀微孔结构    
 的铝硅酸盐。)
 3、硅酸盐组成的表示:
     硅酸盐种类繁多,结构复杂,组成各异,通常用二氧
 化硅和金属氧化物的组合形式表示。

(活泼金属氧化物+较活泼金属氧化物+二氧化硅+水)


       例如:Na2SiO3     Na2O·SiO2
       :
      Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
      :
   Ca(Al2Si3O10)·3H2O CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
   :
一、材料的分类和特点:
1.材料可分为:无机非金属材料 传统无机非金属材料 如:水泥、玻璃、
陶瓷
新型无机非金属材料 如:高温结构陶瓷、光导纤维
金属材料 如:Fe、Cu、Al、合金等。
高分子材料 如:聚乙烯、聚氯乙烯
新型无机非金属材料特性;①承受高温,强度高。 ②具有光学特性。③具
有电学特性。 ④具有生物功能。
新型无机非金属材料很多,现列举几种:压电材料;磁性材料;导体陶瓷;
激光材料,光导纤维;超硬材料(氮化硼);高温结构陶瓷;生物陶瓷(人
造骨头、人造血管)等等
三. 硅单质(晶体硅是良好的半导体材料)
1、硅的存在和状态:

 (1)在自然界中硅元素只有化合态,无游离态;
 (2)与碳相似,单质硅也有晶体硅和无定形硅(
 互为同素异形体)。

2、物理性质:

 单质硅是灰黑色固体,有金属光泽、质地硬而脆
 ,    熔沸点较高,是优良的半导体材料。
3、化学性质:

 在常温下,硅化学性质不活泼,除氟气、氢氟酸和强碱
 外,硅不跟其他物质,如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起
 反应。
4、工业制粗硅:
                 高温
       SiO2+2C====Si+2CO↑

                    高温
             Si+2Cl2==== SiCl4
  粗硅提纯:
                      高温
             SiCl4+2H2==== Si+4HCl
5、硅的用途
                   H2SiO3
  SiF4

Si      SiO2      Na2SiO3


      CaSiO3
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