第四章第一节硅

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角—硅化学必修1Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地壳中元素质量分数硅元素在地壳中含量高岭土粘土画出硅的原子结构示意图分析：既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。硅元素与哪种原子的结构相似？碳你知道吗?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？单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。结论：1、存在硅石（12%）结晶形：石英无定形：水晶玛瑙一、二氧化硅硅藻土科学视野：二氧化硅结构SiO2、二氧化硅的晶体结构：四面体结构茶水晶紫水晶蔷薇石英黄水晶玛瑙光导纤维光缆3、用途：（1）光导纤维（2）耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟（3）电子工业的重要部件、光学仪器、高级工艺品和眼镜片（4）精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品光纤视频玛瑙饰品4、物理性质:化学稳定性:_________________________通常条件下，很稳定无色晶体、不导电、硬度大、熔点高、难溶于水设疑:实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么？1.玻璃中含有SiO2，从物质组成和性质角度来分类，SiO2属于哪类物质？2.SiO2可能具有哪些化学性质？5、化学性质（1）常温与氢氟酸反应（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O（2）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O与强碱反应：与碱性氧化物反应：SiO2+CaO===CaSiO3高温(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。)注意：HF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。(刻蚀玻璃)用HF刻蚀玻璃上的花纹性质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)SiO2与CO2化学性质的比较CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3高温————酸性氧化物与碱性氧化物反应与碱反应与水反应与氢氟酸反应硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水；是一种弱酸，不能使指示剂变色。二、硅酸(H2SiO3)思考二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，如何制得硅酸呢？由可溶性硅酸盐与其他酸反应制备。强酸制弱酸原理实验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①滴入酚酞溶液呈红色①Na2SiO3溶液呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl实验探究：②滴入盐酸有凝胶产生②硅酸难溶于水知识拓展：把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？现象结论方程式滴入硫酸有凝胶产生硅酸难溶于水Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3（胶体）+Na2SO4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，并完成一份实验报告。硅酸酸性比碳酸还要弱，也可用CO2制备Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）+Na2CO3所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，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就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。3、硅酸用途：脱水形成硅胶硅酸（H2SiO3)（1）制取：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓白色胶状强酸制弱酸（2）性质：①白色胶状，难溶②弱酸性（酸性H2SiO3H2CO3）③脱水形成硅胶Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）+Na2CO3（用作干燥剂）原理小结CO2通入下列各溶液中，无明显现象发生的是（）A、氯化钙溶液B、澄清石灰水C、硅酸钠溶液D、饱和碳酸钠溶液A合作讨论：试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸试剂瓶细口瓶，磨口塞广口瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞1、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。2、下列说法正确的是（）A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶体中存在单个SiO2分子B3、玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是()A、烧碱B、纯碱C、氢氟酸D、盐酸C•硅酸钠：水溶液叫水玻璃。用蒸馏水浸过用Na2SiO3饱和溶液浸过现象结论用途：【实验4－2】水份蒸发后燃烧不易燃烧用水玻璃浸过的物品可以防火肥皂填料、黏胶剂、木材防火剂、制硅酸三、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。硅酸盐的一般特点：•☆一般不溶于水（除Na、K盐外）化学稳定性高。•☆种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。•☆通常用氧化物的形式表示其组成。如Na2SiO3写成Na2O·SiO2资料卡片和科学视野实例Na2SiO3Na2O•SiO2高岭石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O要领：两边原子个数守恒格式：金属氧化物、二氧化硅、水顺序：金属按活动性顺序表及化合价由低到高K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2钾云母•Na2SiO3Na2O·SiO2•CaSiO3CaO·SiO2•粘土：Al2O3·2SiO2·2H2O•玻璃：Na2O·CaO·6SiO2•水泥：3CaO·SiO2；2CaO·SiO2；3CaO·Al2O3自然界变化：•硅酸盐岩石→粘土→土壤胶体→吸收NH4＋、K＋等营养离子→供生物吸收。陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。几种硅酸盐产品水泥:石灰石和黏土为原料硅酸盐产品玻璃:纯碱、石灰石和石英为原料普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2人面鱼纹盆(陶瓷)砖瓦(陶瓷)陶瓷(China)：以粘土原料其它重要硅化物•SiC•硅钢（4％）•硅橡胶科学视野：新型陶瓷金刚砂硅钢硅橡胶生物陶瓷硅有晶体硅和无定形硅两种单质1.物理性质:①灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体②熔、沸点高、硬度大③晶体硅是良好的半导体2.化学性质:四、硅单质常温下，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。（1）与氟气反应：（2）与氢氟酸反应：（3）与强碱溶液反应：（4）与氯气反应：（5）与氧气反应Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl4Si+C==SiC高温Si+O2==SiO2△集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，计算机芯片，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。3、用途：SiO2粗硅SiCl4Si+C+Cl2精馏+H2高温高温高温生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2还原SiO2+2C==2CO+Si（粗）高温高温Si(粗)+2Cl2==SiCl4高温SiCl4+2H2==4HCl+Si（纯）注：SiCl4沸点为57.6℃4、硅的工业制法SiSiO2与水O2F2氢氟酸与NaOH与CaO不反应不反应SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O不反应2Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑2NaOH＋SiO2＝Na2SiO3＋H2OSi＋O2＝SiO2△Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑CaO＋SiO2＝CaSiO3高温硅单质与二氧化硅性质比较硅元素单质硅Si+F2Si+HFSi+NaOH加热能与某些非金属单质反应（O2、Cl2）O2Na2SiO3、CaSiO3二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和制造医用内窥镜等硅可制造集成路、太阳能电池等；硅合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。只有化合态SiO2硅酸盐C高温HF无游离态常温不活泼归纳总结练习1已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过量的）解：Na—1/2H2231/2×22.411.5XSi—2H2282×22.44.2YY=(4.2×2×22.4)/28=6.72(L)VH2=5.6+6.72=12.32(L)12×22.4×11.523＝5.6LX＝练习2在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反应的化学方程式为这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为SiO2+2Mg==2MgO+Si高温MgO+2HCl==MgCl2+H2OMg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4Mg+2HCl==MgCl2+H2