1、第一節第一節 無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角- 硅硅第四章第四章 非金屬及其化合物非金屬及其化合物教材范圍：必修教材范圍：必修1第四章第四章一、硅及其化合物一、硅及其化合物1. 硅硅(2)物理性質：灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體，物理性質：灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體， 熔沸點較高。熔沸點較高。(1)結構同金剛石結構同金剛石空間網狀結構空間網狀結構原子晶體原子晶體 硅是一種親氧元素，硅是一種親氧元素，自然界中沒有游離態硅自然界中沒有游離態硅，硅，硅主要以主要以氧化物及硅酸鹽氧化物及硅酸鹽形式存在。形式存在。晶體硅和無定形硅晶體硅和無定形硅(3)化學性質化學性質常溫下性質穩定：常

2、溫下性質穩定：Si+2F2=Si+4HF=Si+ 2NaOH + H2O=與與Cl2、O2、H2SO4、 HNO3等常溫下都不與硅起反應。等常溫下都不與硅起反應。加熱或高溫時：與某些非金屬反應加熱或高溫時：與某些非金屬反應Si + O2Si+ 2Cl2SiF4SiF4 +2H2Na2SiO3 + 2H2 SiO2 高溫高溫SiH4 Si + 2H2 SiCl2 (4)單質硅的用途單質硅的用途高純硅：高純硅：半導體材料半導體材料，硅芯片是各種計算機、微，硅芯片是各種計算機、微電子產品的核心；電子產品的核心；制太陽能電池制太陽能電池。合金合金變壓器鐵芯（含硅變壓器鐵芯（含硅4%的鋼有導磁性）的鋼有

3、導磁性） 耐酸設備（含硅耐酸設備（含硅15%左右的鋼有耐酸性）左右的鋼有耐酸性）(5)單質硅的制備單質硅的制備SiO2 + 2C Si + 2CO高溫高溫Si+ 2Cl2 SiCl4高溫高溫SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl高溫高溫C高溫高溫二二氧氧化化硅硅粗粗硅硅粗粗四四氯氯化化硅硅純純四四氯氯化化硅硅高高純純硅硅Cl2加熱加熱蒸餾蒸餾H2高溫高溫結晶形結晶形無定形無定形瑪瑙瑪瑙天天然然的的 SiO2 硅硅石石水晶水晶(1) 存在存在石英晶體石英晶體硅藻土硅藻土2. 二氧化硅二氧化硅石英、水晶、瑪瑙、沙子、硅藻土的主要成分均是石英、水晶、瑪瑙、沙子、硅藻土的主要成分均是SiO2結構結

4、構空間網狀結構，無單個分子空間網狀結構，無單個分子原子晶體原子晶體熔點高，硬度大的固體，不溶于水。熔點高，硬度大的固體，不溶于水。(3)物理性質物理性質1molSiO2含含Si-O鍵？鍵？(4)化學性質化學性質酸性氧化物酸性氧化物與堿反應與堿反應 SiO2+ 2NaOH=與堿性氧化物反應與堿性氧化物反應(盛放盛放堿性溶液堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞的試劑瓶不能用玻璃塞)SiO2+ CaO CaSiO3高溫高溫與氫氟酸反應與氫氟酸反應SiO2 + 4HF=（雕刻玻璃）（雕刻玻璃）盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶塑料瓶橡膠塞橡膠塞Na2SiO3 + H2O 2

5、H2O + SiF4 與某些鹽反應與某些鹽反應SiO2+Na2CO3 =SiO2+CaCO3 =(工業制玻璃工業制玻璃)SiO2 +2C = 2CO + Si (粗硅）粗硅）高溫高溫弱氧化性弱氧化性SiO2+3CSiC+2CO高溫高溫過量過量)熔融熔融NaOH、Na2CO3不能用瓷坩堝、玻璃坩堝、石英不能用瓷坩堝、玻璃坩堝、石英坩堝，可使用鐵坩堝坩堝，可使用鐵坩堝 SiO2+2Mg = Si+2MgO高溫高溫Na2SiO3+CO2 CaSiO3+CO2高溫高溫高溫高溫 SiO2與與CO2化學性質的比較化學性質的比較物質物質 二氧化硅二氧化硅(SiO2 ) 二氧化碳二氧化碳(CO2)與水反應與水

6、反應 與酸反應與酸反應與堿反應與堿反應與堿性與堿性氧化物反應氧化物反應氧化性氧化性 不反應不反應 H2O+CO2=H2CO3不不 反反 應應 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 僅與氫氟酸反應僅與氫氟酸反應SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+NaOH=NaHCO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+CaO=CaSiO3高溫高溫CO2+C = 2CO高溫高溫SiO2+2C=Si+2CO高溫高溫常見試劑的保存常見試劑的保存試劑試劑二氧化硅二氧化硅氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液硝酸銀晶體硝酸銀晶體 氫氟酸氫氟酸濃硫酸濃硫酸 氯水氯水試劑瓶試劑

7、瓶細口磨口塞細口磨口塞廣口瓶廣口瓶棕色細口磨口塞棕色細口磨口塞細口橡皮塞細口橡皮塞棕色廣口瓶棕色廣口瓶細口塑料瓶細口塑料瓶液溴液溴棕色瓶磨口塞棕色瓶磨口塞 水封水封(1)SiO2是制造是制造光導纖維光導纖維的主要原料的主要原料(2)石英：石英坩堝、石英電子表、石英玻璃等石英：石英坩堝、石英電子表、石英玻璃等(3)水晶：電子工業的重要部件、光學儀器等水晶：電子工業的重要部件、光學儀器等(4)瑪瑙：精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品等瑪瑙：精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品等(5)沙子：基本的建筑材料。沙子：基本的建筑材料。(5)二氧化硅的用途二氧化硅的用途3. 硅酸硅酸白色固體，難溶于水，弱酸，酸性比碳

8、酸弱，白色固體，難溶于水，弱酸，酸性比碳酸弱，不能使不能使指示劑變色指示劑變色。H4SiO4 H2SiO3 +H2O H2SiO3 SiO2 +H2OH2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O(1)物理性質物理性質(2)化學性質化學性質原硅酸在干燥的空氣中可失水成硅酸原硅酸在干燥的空氣中可失水成硅酸受熱易分解受熱易分解 與堿反應：與堿反應：現象現象結論結論化學化學方程式方程式滴入酚酞后溶液變為紅色，再滴入稀鹽酸，溶滴入酚酞后溶液變為紅色，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產生。液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產生。a、Na2SiO3溶液溶液呈堿性呈堿性 b、可溶性硅

9、酸鹽與鹽酸反應生成不溶于水的硅酸可溶性硅酸鹽與鹽酸反應生成不溶于水的硅酸 c、先形成、先形成硅酸溶膠硅酸溶膠，后形成，后形成硅酸凝膠硅酸凝膠Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3(3)實驗室制取實驗室制取Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3 +2NaHCO3主要成分：主要成分：SiO2用途：常用作實驗室、袋裝食品和瓶裝藥品等的干燥劑，用途：常用作實驗室、袋裝食品和瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。也可以用作催化劑的載體。硅膠多孔，表面積大，吸附水分能力強硅膠多孔，表面積大，吸附水分能力強可溶性硅

10、可溶性硅酸鹽加酸酸鹽加酸硅酸硅酸溶膠溶膠低濃度低濃度增加濃度增加濃度硅酸硅酸凝膠凝膠干燥脫水干燥脫水硅酸干凝硅酸干凝膠膠:硅膠硅膠4. 硅酸鹽硅酸鹽硅酸鹽是由硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱，組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的重要成分。是構成地殼巖石的重要成分。通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成。通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成。硅酸鈉：硅酸鈉：Na2SiO3高嶺石：高嶺石：Al2(Si2O5) (OH)4長石：長石：KAlSi3O8 Na2O SiO2Al2O3 2SiO2 2H2O K2OAl2O36SiO2氧化物順序：金屬氧化物氧化物順序：

11、金屬氧化物(活潑活潑不活潑不活潑)SiO2 H2O多數不溶于水多數不溶于水最簡單的硅酸鹽最簡單的硅酸鹽硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3）俗稱俗稱_，可溶于水，水溶液呈，可溶于水，水溶液呈_性，硅酸鈉水性，硅酸鈉水溶液俗稱為溶液俗稱為_，是無色黏稠的液體，可以作黏膠，是無色黏稠的液體，可以作黏膠劑和木材劑和木材防火劑防火劑。泡花堿泡花堿堿堿水玻璃水玻璃硅及其主要化合物之間的轉化關系：硅及其主要化合物之間的轉化關系： 沉淀沉淀二、碳及其化合物二、碳及其化合物1. 碳單質碳單質金剛石、石墨、金剛石、石墨、C60、無定形碳等、無定形碳等 (同素異形體同素異形體)金剛石：無色透明固體，原子晶體，很高的熔沸

12、點金剛石：無色透明固體，原子晶體，很高的熔沸點 和硬度，不導電。和硬度，不導電。熔點高，硬度小，能導電熔點高，硬度小，能導電石墨中所含的作用力：石墨中所含的作用力：范德華力，共價鍵，金屬鍵范德華力，共價鍵，金屬鍵C60：分子晶體，熔沸點低。：分子晶體，熔沸點低。 無定形炭：非晶體，黑色固體，吸附性。無定形炭：非晶體，黑色固體，吸附性。 石墨：石墨：黑色固體，混合晶體，黑色固體，混合晶體，石墨石墨 金剛石金剛石 SiC SiO2 Si比較石墨、比較石墨、SiC、SiO2、金剛石、金剛石、Si的熔點？的熔點？(2)碳單質的化學性質：碳單質的化學性質：較強的還原性較強的還原性 (加熱或點燃加熱或點燃

13、)常溫下化學性質穩定常溫下化學性質穩定2C + O2 2CO (O2不足不足) 點燃點燃 C + O2 CO2(O2充足充足)點燃點燃 C + 2CuO 2Cu + CO2 C + H2O H2 + CO （制水煤氣）（制水煤氣）高溫高溫 2CSiO2 Si+2CO高溫高溫 (制粗硅制粗硅)C+CO2 2CO高溫高溫 C+4HNO3(濃濃) = CO2+4NO2+2H2O較弱的氧化性：較弱的氧化性：還原性：還原性：SiCC +Si SiC（金剛砂）（金剛砂）高溫高溫 與氧化鈣反應與氧化鈣反應CCaO CaC2+CO高溫高溫(3)碳單質的用途：碳單質的用途：金剛石用于切割、鉆頭、制裝飾品等；金剛

14、石用于切割、鉆頭、制裝飾品等；石墨用于制造電極、鉛筆芯、坩堝、潤滑劑等。石墨用于制造電極、鉛筆芯、坩堝、潤滑劑等。2. 碳的氧化物碳的氧化物COCO2結構結構分子極性分子極性色色 味味 態態溶解度溶解度毒性毒性C OO C O極性分子極性分子非極性分子非極性分子無色無味氣體無色無味氣體無色無味氣體無色無味氣體難溶于水難溶于水1:1劇毒劇毒無毒無毒(2)碳的氧化物化學性質碳的氧化物化學性質CO不成鹽氧化物不成鹽氧化物較強還原性較強還原性淡藍色火焰淡藍色火焰2CO + O2 2CO2 點燃點燃 CO+H2O H2+CO2高溫高溫CO + CuO CO2+Cu3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2高溫

15、高溫酸性氧化物酸性氧化物CO2CO2+H2O H2CO3 CO2+2OH- =CO32- + H2OCO2+OH- = HCO3-CO2+Na2O=Na2CO3較弱的氧化性較弱的氧化性CO2+2Mg = C+2MgO點燃點燃CO2+C 2CO高溫高溫 與鹽的反應與鹽的反應CaCO3 Ca(ClO)2 Na2SiO3 偏鋁酸鈉偏鋁酸鈉 苯酚鈉苯酚鈉常見比碳酸弱的酸：常見比碳酸弱的酸：HClO H2SiO3 HAlO2 苯酚苯酚2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2與與Na2O2的反應的反應CO工業制法工業制法:CO2制法制法: 實驗室：實驗室：CaCO3+2HClCO2 CaCl2 H2O

16、 工業：工業：C + H2O H2 + CO （制水煤氣）（制水煤氣） 高溫高溫 CaCO3 CaO + CO2 高溫高溫 (3)碳的氧化物的制備與檢驗碳的氧化物的制備與檢驗檢驗：檢驗：檢驗檢驗:點燃后在火焰上罩上干燥的燒杯，無水霧出現；點燃后在火焰上罩上干燥的燒杯，無水霧出現；而罩上沾有澄清石灰水的燒杯，出現渾濁。而罩上沾有澄清石灰水的燒杯，出現渾濁。無色無味，能使澄清石灰水變渾濁。無色無味，能使澄清石灰水變渾濁。(4)除去除去CO、CO2氣體中混有的雜質氣體中混有的雜質通過通過NaOH溶液溶液通過灼熱的通過灼熱的CuO通過灼熱的通過灼熱的Cu網網通過飽和通過飽和NaHCO3或酸性或酸性KM

17、nO4溶液溶液通過飽和通過飽和NaHCO3溶液溶液可通過可通過CuSO4溶液溶液(6)碳的氧化物的用途碳的氧化物的用途CO：燃料、還原劑、化工原料。：燃料、還原劑、化工原料。CO2：滅火劑、致冷劑、人工降雨、飲料、制純堿、：滅火劑、致冷劑、人工降雨、飲料、制純堿、 尿素。尿素。CO中混有中混有CO2：CO2中混有中混有CO：CO2中混有中混有O2：CO2中混有中混有SO2：CO2中混有中混有HCl：CO2中混有中混有H2S：水蒸氣通過灼熱的煤所產生的混合氣，其主要成分是水蒸氣通過灼熱的煤所產生的混合氣，其主要成分是CO、H2，還含有，還含有CO2和水蒸氣，請用如圖所示裝置設和水蒸氣，請用如圖所

18、示裝置設計一個實驗，以確認上述混合氣中含有計一個實驗，以確認上述混合氣中含有CO和和H2。上述裝置的正確連接順序是上述裝置的正確連接順序是_。課堂練習課堂練習E，F接接D，C接接A，B（或（或B，A）接）接J，I接接H，G3. 碳酸和碳酸鹽碳酸和碳酸鹽(1)碳酸碳酸二元弱酸，具備酸的通性二元弱酸，具備酸的通性(2)碳酸鹽和碳酸氫鹽碳酸鹽和碳酸氫鹽規律：規律：1. 穩定性：穩定性：特例：特例：溶解度溶解度Na2CO3 NaHCO32. 溶解度：溶解度：正鹽酸式鹽酸正鹽酸式鹽酸酸式鹽正鹽酸式鹽正鹽練習練習:請寫出以下反應的離子方程式請寫出以下反應的離子方程式1. 小蘇打溶液中加入小蘇打溶液中加入少

19、量少量(大量大量)石灰水石灰水2. 含含 0.04mol NaHCO3的溶液中加入含的溶液中加入含 0.03mol Ca(OH)2 的石灰水的石灰水3. 碳酸氫鈣溶液中加入碳酸氫鈣溶液中加入少量少量(大量大量)燒堿燒堿1. Ca2+ +2OH-+ 2HCO3-=CaCO3+2H2O+CO32- HCO3-+OH-+Ca2+=CaCO3+H2O2. 4HCO3-+3Ca2+4OH-=3CaCO3+4H2O+CO32-3. OH- + HCO3- +Ca2+=CaCO3+H2O Ca2+2HCO3-+2OH-=CaCO3+2H2O+CO32-【練習】請寫出以下反應的離子方程式【練習】請寫出以下反應

20、的離子方程式 1. 蘇打溶液中慢慢滴入過量稀鹽酸蘇打溶液中慢慢滴入過量稀鹽酸 2. 稀鹽酸中慢慢滴入過量蘇打溶液稀鹽酸中慢慢滴入過量蘇打溶液1. CO32-+H+=HCO3- HCO3-+H+=H2O+CO22. CO32-+2H+=H2O+CO2可用互滴法鑒別的溶液：可用互滴法鑒別的溶液：HCl和和Na2CO3 HCl和和Na2SO3HCl和和NaAlO2 AlCl3和和NaOHAgNO3和氨水和氨水 FeCl3和和Na2SCNa2CO3COCO2NaHCO3CaCO3Ca(HCO3)2O2 (足量）足量）O2 (不足）不足）MgCO2 Ca(OH)2NaOHHClCO2 、H2O或或NaO

21、H或或Ca(OH)2Ca(OH)2CO2 、H2O碳及其重要化合物的轉化關系碳及其重要化合物的轉化關系CaCl2Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2三、碳族元素三、碳族元素第第A族族 C(碳碳)、Si(硅硅)、Ge(鍺鍺)、Sn(錫錫)、Pb(鉛鉛)最外層都有個最外層都有個_電子電子a. 最高正價為最高正價為 _價，最低負價為價，最低負價為_價價b. 主要價態：主要價態：_+4-4+2，+44C、Si、Ge、Sn的的+4價穩定，價穩定，Pb的的+2價穩定價穩定c. 氣態氫化物氣態氫化物_ 氫化物的穩定性氫化物的穩定性_。 d. 最高價氧化物最高價氧化物_RH4由強到弱由強到弱RO2e

22、. 最高價氧化物對應水化物最高價氧化物對應水化物_H2CO3H2SiO3Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4碳族元素特點：碳族元素特點：1. 形成化合物最多的一族形成化合物最多的一族2. 單質晶體類型最多的一族單質晶體類型最多的一族分子晶體、原子晶體、金屬晶體，混合晶體分子晶體、原子晶體、金屬晶體，混合晶體4. 易形成共價化合物一族易形成共價化合物一族3. 半導體比較集中的一族半導體比較集中的一族5. 無機非金屬材料比較集中的一族無機非金屬材料比較集中的一族C(碳碳)、Si(硅硅)、Ge(鍺鍺)、Sn(錫錫)、Pb(鉛鉛)可作為半導體材料的有：可作為半導體材料的有：硅硅 鍺鍺材材料料傳統

23、無機傳統無機非金屬材料非金屬材料新型無機新型無機非金屬材料非金屬材料無機無機非金屬材料非金屬材料金屬材料金屬材料高分子材料高分子材料四、無機非金屬材料四、無機非金屬材料1. 水泥水泥(1)主要原料：主要原料：(2)生產設備：生產設備：(3)主要過程主要過程: (4)主要成分：主要成分：石灰石、黏土、石膏石灰石、黏土、石膏水泥回轉窯水泥回轉窯原料的粉碎和混合、生料的高溫融燒、原料的粉碎和混合、生料的高溫融燒、 熟料的粉碎熟料的粉碎(調節水泥的硬化時間調節水泥的硬化時間)硅酸三鈣（硅酸三鈣（3CaO SiO2）、）、硅酸二鈣（硅酸二鈣（ 2CaO SiO2）、）、鋁酸三鈣（鋁酸三鈣（ 3CaO A

24、l2O3）水硬性水硬性水硬性：能與水發生化學反應凝結和硬化，且在水下水硬性：能與水發生化學反應凝結和硬化，且在水下 也能夠凝結和硬化，并保持和發展其強度也能夠凝結和硬化，并保持和發展其強度(5)性質：性質：(6)用途用途: 建筑材料、鋼筋混凝土建筑材料、鋼筋混凝土 (一一)傳統無機非金屬材料傳統無機非金屬材料硅酸鹽材料硅酸鹽材料 2. 玻璃玻璃(1)原料：原料：(2)生產設備：生產設備：(3)反應原理：反應原理：(4)主要成分：主要成分：(5)主要特征：主要特征：純堿、石灰石和石英純堿、石灰石和石英玻璃窯玻璃窯復雜的物理變化和化學變化復雜的物理變化和化學變化Na2SiO3、 CaSiO3 、SiO2 不是晶體，無固定的熔點不是晶體，無固定的熔點CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2高溫高溫 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3 + CO2 高溫高溫 有色玻璃有色玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃加入了不同的金屬氧化物加入了不同的金屬氧化物普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻鋼化玻璃：耐高溫、耐腐蝕強度大、抗震鋼化玻璃：耐高溫、耐腐