无机非金属材料的主角)
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(共43张PPT)
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)
主要存在形式
主要化合价
原子结构示意图
硅
碳
碳单质 碳的氧化物 有机物
+4
+2 +4
+14
2
8
4
+6
2
4
碳元素和硅元素性质比较
硅的存在形式
1.氧化物
2.硅酸盐
思考：
为什么硅不能有单质呢？
硅是一种亲氧元素，在自然界总是会与氧元素相互化合
思考1.硅有哪些氧化物呢？
1、二氧化硅（ SiO2 ）
（１）二氧化硅的存在
1.结晶形2.无定形，统称硅石
石英晶体是结晶形的二氧化硅，又分为水晶和玛瑙
无定形二氧化硅
硅藻土
中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)
有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有
354处，总保有储量矿石3.85亿吨。
仅次于美国，居世界第2位。在地区分
布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，
云南、福建、河北等地次之。矿床类型
主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、
山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和
陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻
土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪
和第四纪，以第三纪为主。
二氧化硅的用途
（2）二氧化硅的用途
光导纤维
耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟
电子工业的重要部件、光学仪器、
高级工艺品和眼镜片
精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品
光导纤维
制化学仪器
石英钟
装饰品
（3）二氧化硅结构
109 28'
约180°
Si
O
SiO2是正四面体的空间网状结构
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
SiO2的这些性质是由什么决定的
(4)物理性质______________________
不溶于水 硬度大 熔点高
CO2+H2O=
CO2+NaOH=
CO2+CaO=
SiO2+H2O=
SiO2+NaOH=
SiO2+CaO =
我们把与碱反应生成盐和水的这种氧化物
与碱性氧化物反应生成盐的氧化物
叫做酸性氧化物
（5） SiO2的化学性质:
ａ.酸性氧化物
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
很稳定
SiO2 + CaO === CaSiO3
高温
是不是所有的酸性氧化物都不能跟酸反应？
b. 特性
SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O
思考1：实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
思考1：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）
实验室制取硅酸
Na2SiO3+2HCl=NaCl+2H2SiO3(胶体）
（3）用途
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)
Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3+Na2CO3
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”。常常用做干燥剂。也可用做催化剂的载体．
练习
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 （ ）
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 （ ）
A.盐酸 B.氢氟酸 C.烧碱 D.纯碱
3、下列试剂不能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的 是 （ ）
A.HNO3溶液 B.KOH溶液 C.盐酸 D.NaCl溶液
B
B
B
4.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是 （ ）
A.CO2→H2CO3 B.SiO2→Na2SiO3 C.Na2O→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3
D
5.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 .
Na2SiO３ + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3
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。
最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等。
实验4－2
几种硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。
新型的陶瓷
3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
处于高温下的光导纤维
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
（2）硅酸盐组成的表示
用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。
实 例
Na2SiO3
Na2O SiO2
高岭石
Al2（Si2O5）（OH）4
Al2O3 ·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：金属按活动顺序表
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
K(Al3Si3O10)(OH)2
三、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体
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
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+O2==SiO2
存在
在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：
硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。
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。
集成电路 晶体管
制备
工业上：
SiO2 粗硅 SiCl4 Si
+C +Cl2 精馏+H2
高温
高温
高温
Si+2C == 2CO+Si(含杂质的粗硅)
Si+2Cl2 == SiCl4
生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2
还原
SiCl4+2H2==4HCl+Si(纯度高的多晶硅)
高温
高温
高温
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
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
作业：习题1、4
归纳总结
三、新型无机非金属材料的特性
1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，
仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶
片、轴承、永久性模具等。
2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。
3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
处于高温下的光导纤维
4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。
人造关节
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)
主要存在形式
主要化合价
原子结构示意图
硅
碳
碳单质 碳的氧化物 有机物
+4
+2 +4
+14
2
8
4
+6
2
4
碳元素和硅元素性质比较
硅的存在形式
1.氧化物
2.硅酸盐
思考：
为什么硅不能有单质呢？
硅是一种亲氧元素，在自然界总是会与氧元素相互化合
思考1.硅有哪些氧化物呢？
1、二氧化硅（ SiO2 ）
（１）二氧化硅的存在
1.结晶形2.无定形，统称硅石
石英晶体是结晶形的二氧化硅，又分为水晶和玛瑙
无定形二氧化硅
硅藻土
中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)
有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有
354处，总保有储量矿石3.85亿吨。
仅次于美国，居世界第2位。在地区分
布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，
云南、福建、河北等地次之。矿床类型
主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、
山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和
陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻
土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪
和第四纪，以第三纪为主。
二氧化硅的用途
（2）二氧化硅的用途
光导纤维
耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟
电子工业的重要部件、光学仪器、
高级工艺品和眼镜片
精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品
光导纤维
制化学仪器
石英钟
装饰品
（3）二氧化硅结构
109 28'
约180°
Si
O
SiO2是正四面体的空间网状结构
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
SiO2的这些性质是由什么决定的
(4)物理性质______________________
不溶于水 硬度大 熔点高
CO2+H2O=
CO2+NaOH=
CO2+CaO=
SiO2+H2O=
SiO2+NaOH=
SiO2+CaO =
我们把与碱反应生成盐和水的这种氧化物
与碱性氧化物反应生成盐的氧化物
叫做酸性氧化物
（5） SiO2的化学性质:
ａ.酸性氧化物
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
很稳定
SiO2 + CaO === CaSiO3
高温
是不是所有的酸性氧化物都不能跟酸反应？
b. 特性
SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O
思考1：实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
思考1：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）
实验室制取硅酸
Na2SiO3+2HCl=NaCl+2H2SiO3(胶体）
（3）用途
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)
Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3+Na2CO3
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”。常常用做干燥剂。也可用做催化剂的载体．
练习
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 （ ）
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 （ ）
A.盐酸 B.氢氟酸 C.烧碱 D.纯碱
3、下列试剂不能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的 是 （ ）
A.HNO3溶液 B.KOH溶液 C.盐酸 D.NaCl溶液
B
B
B
4.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是 （ ）
A.CO2→H2CO3 B.SiO2→Na2SiO3 C.Na2O→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3
D
5.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 .
Na2SiO３ + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3
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。
最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等。
实验4－2
几种硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。
新型的陶瓷
3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
处于高温下的光导纤维
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
（2）硅酸盐组成的表示
用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。
实 例
Na2SiO3
Na2O SiO2
高岭石
Al2（Si2O5）（OH）4
Al2O3 ·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：金属按活动顺序表
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
K(Al3Si3O10)(OH)2
三、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体
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
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+O2==SiO2
存在
在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：
硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。
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。
集成电路 晶体管
制备
工业上：
SiO2 粗硅 SiCl4 Si
+C +Cl2 精馏+H2
高温
高温
高温
Si+2C == 2CO+Si(含杂质的粗硅)
Si+2Cl2 == SiCl4
生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2
还原
SiCl4+2H2==4HCl+Si(纯度高的多晶硅)
高温
高温
高温
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
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
作业：习题1、4
归纳总结
三、新型无机非金属材料的特性
1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，
仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶
片、轴承、永久性模具等。
2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。
3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
处于高温下的光导纤维
4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。
人造关节
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