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1、 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角 硅 Si 從原子角度認識硅原子 ----原子結(jié)構(gòu) C Si 既不易失去電子，也不易得到電子， 所以 ,硅的化學性質(zhì)不活潑 ,主要形成四 價化合物 水晶 瑪瑙 一、二氧化 硅和硅酸 1、二氧化硅 （ 1）存在和物性 （ 2） SiO2的化學性質(zhì) : 酸性氧化物 SiO2 2NaOH == Na2SiO3 H2O SiO2 CaO == CaSiO3 高溫 SiO2 + 2OH- == SiO3 2- + H2O 1、實驗室盛裝 NaOH 溶液的試劑瓶為什么 用橡膠塞而不用玻璃 塞？ NaOH溶液能與玻璃中的
2、 SiO2反應生成 Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開 。因此盛裝 NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O 圖 4-6 實驗室盛放 NaOH溶液的試劑瓶 特性 SiO2 4HF====SiF4 2H2O 氫氟酸（ HF） 是唯一能與 SiO2反應的酸 氫氟酸：用于雕刻玻璃。 保存于塑料瓶中。 與鹽反應： Na2CO3 + SiO2 ==== Na2SiO3 + CO2 CaCO3 + SiO2 ==== CaSiO3 + CO2 高溫 高溫 與碳單質(zhì)反應： 弱氧化性 SiO
3、2 + 2C ==== Si + 2CO 高溫 每 1個 Si原子周圍結(jié)合 4個 O原子， Si在中心 ,O在四個頂角 . 同時每 1個 O原子周圍結(jié)合 2個 Si原子相結(jié)合。 SiO2 正 四面體 二氧化硅中硅原子與氧原子個數(shù)比為 1:2,用 SiO2來表示 二氧化硅的組成 ,表示 Si 與 O的原子個數(shù)比 ,不是分子式 ,是 化學式。 二氧化硅的結(jié)構(gòu) 二氧化碳 二氧化硅 狀態(tài) 物理性質(zhì) 化 學 性 質(zhì) 與水反應 與堿反應 與堿性氧 化物反應 與酸反應 用 途 CO2+H2O=H2CO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
4、 CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3 不反應 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O SiO2 CaO=CaSiO3 固 態(tài) 熔點低 氣 態(tài) 熔點高、硬度大 SiO2 4HF =SiF 4 2H2O 人工降雨，滅火等 裝飾、石英坩堝、 光導纖維 【 比較 】 二氧化碳和二氧化硅 高溫 （ 3）二氧化硅的用途 石英研缽 光導纖維 坩堝 水晶 光導纖維、 裝飾、石英坩堝 光 學 纖 維 胃 鏡 2、硅酸 (H2SiO3) 酸性較弱，比碳酸的酸性還弱。 H2SiO3是一種白色膠狀物質(zhì)， 溶解度很小（白色沉淀）。 掌握
5、： 酸性強弱順序 HCl CO2 H2SiO3 （ 1） 【 實驗 4-1】 制取原則：強酸制取弱酸 現(xiàn)象 結(jié)論 化學方 程式 離子方 程式 滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶 液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生 a、 Na2SiO3溶液呈堿性， b、可溶性硅酸 鹽與鹽酸反應生成不溶于水的硅酸， c、先形 成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠， d、靜置則 形成硅酸沉淀。 Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3（膠體） SiO32- + 2H+ == H2SiO3 （膠體） SiO32- + H2O + CO2== CO3
6、2- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3 用什么實驗事實能夠證明 硅酸的酸性比碳酸弱？ 向可溶性硅酸鹽溶液中通入二氧化碳氣體，出現(xiàn) 白色渾濁，即用 H2CO3可制得 H2SiO3 ，可證明 H2SiO3 的酸性比 H2CO3弱。 酸制取酸原則： 較強酸制取較弱酸， 高沸點 制取低沸點。 （ 2）化學性質(zhì) : 弱 酸性：只能與強堿發(fā)生中和反應。 H2SiO3 + 2NaOH ==== Na2SiO3 + 2H2O 不穩(wěn)定：受熱易分解。 H2SiO3 ==== H2O + SiO2 （ 3）用途 硅酸溶膠，
7、經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為 “硅膠”。 常常用做干燥劑。 二、硅 酸 鹽 1、定義： 硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱 2、性質(zhì)： 硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見的 可溶性硅酸鹽是 Na2SiO3、 K2SiO3。 3、表示方法： （ 1）化學式法： 適用于簡單的硅酸鹽如： Na2SiO3， K2SiO3、 CaSiO3等。 活潑金屬氧化物 較活潑金屬氧化物 二氧化硅 水。 氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素 按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。 硅酸鈉： Na2SiO3 Na2OSiO 2 硅酸
8、鈣： CaSiO3 CaOSiO 2 高嶺石： Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO 22H 2O 正長石： KAlSiO3不能寫 K2OAl 2O33SiO 2， 應寫成 K2OAl 2O36SiO 2 （ 2）氧化物法： 4、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化 硅酸鹽礦石 長期受到空氣中的二氧化 碳和水的侵蝕后 ,逐漸風化分解 ,生成的可 溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大 量的黏土 形成土壤膠體 ，因其表面積巨 大且一般 帶負電，能吸附 NH4+， K+等營 養(yǎng)離子，從而具有保肥能力。 硅酸鹽是如何具有保肥能力的？ 5、硅酸鈉（ Na2SiO3） 硅酸
9、鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱 水 玻璃，又稱泡花堿 ，是一種無色粘稠的液體，是 一種 礦物膠 ，黏性很強，可以作 黏膠劑和木材防 火劑。 放入蒸餾水 放入硅酸鈉飽和溶液 現(xiàn) 象 結(jié) 論 水分蒸發(fā)后燃燒 水分蒸干后不燃燒 硅酸鈉能防火 水不能防火 （ 1）、硅酸鈉的物理性質(zhì) 【 實驗 4-2】 （ 3）用途 可以作肥皂填料，還可以用做建筑、紙張的 黏合劑和木材、織物的 防腐劑及防火劑 與鹽反應 與酸反應 Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3 CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl （ 2）化學性質(zhì)
10、 三 .無機非金屬材料 （ 1）玻璃： 原料：純堿 (Na2CO3)、石灰石和石英 (SiO2) 設備：玻璃窯 有關反應的化學方程式： Na2CO3+SiO2 ==== Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2==== CaSiO3+CO2 主要成分： Na2SiO3、 CaSiO3、 SiO2 (Na2OCaO6SiO2) 1、傳統(tǒng)型硅酸鹽材料： （ 2）水泥： 原料： 黏土、石灰石 、 石膏 設備： 回轉(zhuǎn)窯 石膏的作用 ： 調(diào)節(jié)水泥硬化速度。 （ 3） 陶瓷 ： 原料： 黏土為原料 設備：陶瓷窯 新型無機非金屬材料： 新型陶瓷 高溫結(jié)
11、構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷 透明陶瓷、超導陶瓷等 新型無機非金屬材料 特征： 耐高溫、強度高； 具有電學性質(zhì)； 具有光學性質(zhì)； 具有生物功能； 2、新型材料： （ 1）具有特殊功能的含硅物質(zhì) 碳化硅 （ SiC俗稱金剛砂），具有 金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用 作砂紙、砂輪的磨料。 硅鋼 （鐵合金）導磁性良好， 用作變壓器鐵芯。 硅橡膠 最好的既耐高溫又 耐低溫的橡膠。 分子篩 具有均勻微孔結(jié)構(gòu) 的鋁硅酸鹽。 （ 2）新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料 高溫、壓電、透明、超導 氧化鋁陶瓷 (人造剛玉 )： 氧化鋁透 明陶瓷管 氧化鋁陶瓷制品 氧化鋁 (
12、Al2O3)陶瓷 氮化硅 (Si3N4)陶瓷 四、硅單質(zhì) 晶體硅是良好的半導體材料 1.硅的存在和狀態(tài)： 在自然界中硅元素只有化合態(tài)，無游離態(tài)； 單質(zhì)硅也有晶體硅和無定形硅。 2.物理性質(zhì)： 單質(zhì)硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固 體，熔沸點較高。 3.化學性質(zhì)： 在常溫下 ,硅的化學性質(zhì)不活潑 ,除氟氣、氫氟酸 和強堿外 ,硅不跟其他物質(zhì)如氧氣、氯氣、硫酸、 硝酸等起反應。即： 4.工業(yè)制粗硅： SiO2+2C ==== Si+2CO 粗硅提純： Si+2Cl2==== SiCl4 SiCl4+2H2==== Si+4HCl 高溫 高溫 高溫 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+O2==SiO2 5.硅的用途： 半導體材料 硅芯片是各種計算機、 微電子產(chǎn)品的核心。 硅太陽能電池
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