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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
第1课时
新课标人教版高中化学课件系列
化学
必修1
Al-7.73%
O-48.60%
Si-26.30%
地壳中元素质量分数
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
长石
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
滑石
一、二氧化硅和硅酸
石棉
一、二氧化硅和硅酸
高岭土
一、二氧化硅和硅酸
粘土
一、二氧化硅和硅酸
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
一、二氧化硅和硅酸
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。
一、二氧化硅和硅酸
（1）存在
硅石（12%）
结晶形：石英
无定形
水晶
玛瑙
1、二氧化硅
一、二氧化硅和硅酸
石英
水晶
一、二氧化硅和硅酸
茶水晶
紫水晶
蔷薇石英
黄水晶
一、二氧化硅和硅酸
玛瑙
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
光导纤维
光缆
一、二氧化硅和硅酸
（2）用途：
光导纤维
石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟
水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、
高级工艺品和眼镜片
玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品
光纤视频
玛瑙饰品
一、二氧化硅和硅酸
物理性质:_____________________________
化学稳定性:_________________________
通常条件下，很稳定
硬度大、熔点高、难溶于水
一、二氧化硅和硅酸
思考
为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？
是结构上的不同
科学视野
P74
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
Si
O
二氧化硅的晶体结构
一、二氧化硅和硅酸
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
？
一、二氧化硅和硅酸
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？
一、二氧化硅和硅酸
（3）化学性质
（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）
4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
（b）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。)
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。
一、二氧化硅和硅酸
性
质
二氧化碳(CO2)
二氧化硅(SiO2)
SiO2与CO2化学性质的比较
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
SiO2+4HF=SiF4
↑+2H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+
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
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
2.硅酸(H2SiO3)
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。
一、二氧化硅和硅酸
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。
一、二氧化硅和硅酸
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
①
Na2SiO3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
一、二氧化硅和硅酸
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
一、二氧化硅和硅酸
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。
一、二氧化硅和硅酸
2、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
H2SiO3
<
H2CO3）
③
脱水形成硅胶
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3
（胶体）
+Na2CO3
（用作干燥剂）
原理
一、二氧化硅和硅酸
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。
一、二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅和硅酸
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：
一、二氧化硅和硅酸
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。
一、二氧化硅和硅酸
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晶体中不存在单个SiO2分子
B
D
一、二氧化硅和硅酸
3、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
一、二氧化硅和硅酸
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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
第2课时
新课标人教版高中化学课件系列
化学
必修1
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、阻燃剂
二、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。
几种硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。
二、硅酸盐
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
二、硅酸盐
实
例
Na2SiO3
Na2O?SiO2
二、硅酸盐
高岭石
Al2(Si2O5)(OH)4
Al2O3·2SiO2·2H2O
二、硅酸盐
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
二、硅酸盐
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
K(Al3Si3O10)(OH)2
钾云母
二、硅酸盐
Na2SiO3
Na2O·SiO2
CaSiO3
CaO·SiO2
粘土：Al2O3·2SiO2·2H2O
玻璃：Na2O·CaO·6SiO2
水泥：
3CaO·SiO2；
2CaO·SiO2；
3CaO·Al2O3
二、硅酸盐
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。
二、硅酸盐
水泥:以石灰石和黏土为原料
硅酸盐产品
二、硅酸盐
玻璃:以纯碱、石灰石和石英为原料
普通玻璃:
Na2O·CaO·6SiO2
二、硅酸盐
人面鱼纹盆(陶瓷)
砖瓦(陶瓷)
陶瓷(China)：以粘土原料
二、硅酸盐
其它重要硅化物
SiC
硅钢（4％）
硅橡胶
科学视野：
新型陶瓷
二、硅酸盐
金刚砂
硅钢
硅橡胶
生物陶瓷
二、硅酸盐
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:
三、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==SiF4
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
Si+2Cl2==SiCl4
Si
+
C
==
SiC
高温
Si
+
O2
==
SiO2
△
三、硅单质
3、用途：
集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，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。
三、硅单质
SiO2
粗硅
SiCl4
Si
+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
三、硅单质
Si
SiO2
与水
O2
F2
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＋H2O
Si＋O2＝SiO2
△
Si＋2F2＝SiF4
Si＋4HF＝SiF4↑
＋2H2
↑
CaO＋SiO2＝CaSiO3
高温
三、硅单质
硅元素
单质硅
Si
+
F2
Si
+
HF
Si
+
NaOH
加热能与某
些非金属单
质反应（O2、Cl2）
O2
Na2SiO3、
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
三、硅单质
相应练习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—1/2H2
23
1/2×22.4
11.5
X
Si—2H2
28
2×22.4
4.2
Y
Y=(4.2
×2
×22.4)/28=6.72(L)
VH2=5.6+6.72=12.32(L)
1
2
×22.4×11.5
23
＝5.6L
X＝
三、硅单质
相应练习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+H2O
Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4
Mg+2HCl==MgCl2+H2
三、硅单质
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