第四章非金屬及其化合物第一節無機非金屬材料的主角

——硅第一課時硅元素(silicon)在地殼中的含量硅26.3%問題1：請畫出碳原子和硅原子的結構示意圖。硅和碳結構和性質相似,既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價化合物。碳是構成有機物的主要元素硅是構成巖石和許多礦物的主要元素

碳在自然界既有游離態，又有化合態。問題2：比較碳和硅在自然界的存在。

硅是親氧元素，在自然界沒有游離態，只以化合態存在。硅以氧化物及硅酸鹽的形式存在于巖石、沙子和土壤中、約占地殼總量的90%以上。

在無機非金屬材料中，硅一直扮演著重要的角色。（1）存在天然二氧化硅（硅石）12%結晶形無定形水晶瑪瑙1、二氧化硅(SiO2)石英晶體一、二氧化硅和硅酸沙子中水晶紫水晶瑪瑙無定形二氧化硅

硅藻土

中國硅藻土資源豐富。全國10個省(區)有硅藻土礦產出。探明儲量的礦區有354處，總保有儲量礦石3.85億噸。僅次于美國，居世界第2位。在地區分布上，以吉林最多，占全國儲量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。礦床類型主要為火山物源沉積型礦床(吉林長白、山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等)和陸源沉積型(云南尋甸、四川米易硅藻土礦等)礦床。SiO正四面體空間網狀結構

（2）結構每個Si周圍結合4個O，Si在中心,O在四個頂角，每個O為兩個四面體所共有，即每個O與2個Si相結合。所以二氧化硅中Si與O的原子個數比為1:2，SiO2不是分子式是化學式。Si:1O:4×1/2=2（3）用途建筑材料、制玻璃原料、光導纖維、光學儀器、化學儀器、裝飾品、工藝品

石英制品瑪瑙飾物光導纖維光導纖維就是比頭發絲還細的、能傳導光信號的玻璃絲。制造光導纖維的材料就是二氧化硅。光導纖維主要用于通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優點就是通信容量大，一對光纖上可同時傳送3萬門電話。

光學纖維胃鏡不溶于水的固體，熔、沸點比較高，硬度比較大?！舅伎寂c交流】二氧化硅具有哪些物理性質？化學穩定性如何？（5）化學性質比較穩定（4）物理性質①酸性氧化物的通性SiO2+H2O—不反應

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3

高溫SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2

高溫SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2

高溫問題：為什么實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？玻璃中的SiO2與NaOH溶液反應生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。③弱氧化性工業上用此反應制備粗硅，這就是“從沙灘到用戶”！②與氫氟酸反應SiO2+4HF=SiF4

+2H2OHF能腐蝕或雕刻玻璃。因此盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。SiO2+2C==Si+2CO

高溫2、硅酸(H2SiO3)H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）化學性質①不穩定性：②弱酸性：（1）物理性質白色粉末狀物質，不溶于水,在水中以H4SiO4的形式存在。H2SiO3==H2O+SiO2△H4SiO4=H2O+H2SiO3

酸性比碳酸還弱，不能使指示劑變色。

現象結論化學方程式Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3溶液呈堿性。溶液變為紅色，滴入稀鹽酸后，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產生?？扇苄怨杷猁}與鹽酸反應先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠，靜置后形成硅酸沉淀?！緦嶒?-1】向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸（3）制備Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少）=Na2CO3+H2SiO3↓（4）硅膠

硅酸凝膠經干燥脫水就形成硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。Na2SiO3+2H2O+2CO2(過）=2NaHCO3+H2SiO3↓硅膠多孔，吸附水份能力強，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。

干燥硅膠

濕硅膠二、硅酸鹽

1、含義：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱。2、性質：固體，一般都不溶于水,化學性質很穩定。3、硅酸鹽的表示方法：（1）化學式法或氧化物法活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O滑石3MgO.4SiO2.H2O長石：K2O·Al2O3·6SiO2

云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O石棉：CaO·3MgO·4SiO2

黏土或高嶺土：Al2O3·2SiO2·2H2O硅酸鈉（Na2SiO3)鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2ONa2O·

SiO22MgO

·SiO2CaO

·Al2O3·3SiO2·3H2O硅酸鈉不能燃燒且耐腐蝕，可用作肥皂填料、木材防火劑、粘合劑、制硅膠等。4、硅酸鈉（Na2SiO3）關于硅酸鹽說明：除硅酸鉀、硅酸鈉、以外均難溶于水。最簡單的硅酸鹽，可溶于水，俗稱泡花堿，它的水溶液俗稱水玻璃。放入蒸餾水放入Na2SiO3溶液現象結論水份蒸發后燃燒水份蒸發后不燃燒水份蒸發后，失去防火作用防火效果好用作防火劑【實驗4-2】

傳統無機非金屬材料硅酸鹽產品

陶瓷

水泥

玻璃5、硅酸鹽產品t陶瓷（1）生產原料：黏土（2）生產過程：混合-成型-干燥-燒結-冷卻隋帶燒制的三彩陶駱駝家用陶瓷中國的瓷器馳名世界，英文“China”一詞既指“瓷器”又指“中國”，這反映了在西方人眼中中國作為“瓷器故鄉”的形象。江西景德鎮有“瓷都”之稱。

江蘇宜興有陶都之稱。江西景德鎮所燒制的薄胎瓷器被譽為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?/p>

陶瓷制品具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優點，因此，一直為人們所喜愛。普通玻璃⑵生產過程：純堿、石灰石和石英。

Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑

高溫

⑴生產原料：高溫⑶成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物。Na2O·CaO·6SiO2黏土和石灰石（1）生產原料：（2）成分：水泥硅酸三鈣3CaO·SiO2硅酸二鈣2CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3混合物碳化硅(金剛砂,SiC)：硬度大硅鋼（4％）：高導磁性,作變壓器鐵芯硅橡膠：良好的彈性，既耐高溫又耐低溫。分子篩：吸附劑、催化劑6、特殊功能的含硅物質硅鋼（15％）：作耐酸設備傳統無機非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥新型無機非金屬材料：新型陶瓷高溫結構陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導陶瓷等【科學視野】1、分類

三、硅單質晶體硅與無定形硅2、物理性質晶體硅的結構類似于金剛石，帶有金屬光澤的灰黑色固體,熔點高,硬而脆。晶體硅的結構3、化學性質

常溫下化學性質不活潑

Si+O2===SiO2Si+2F2=SiF4

Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+C

==SiC4、用途晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間,是良好的半導體材料。晶體硅可用來制集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件。大規模集成電路電腦的中央處理器（CPU）硅芯片的使用，使計算機的體積已縮小到筆記本一樣大小了。硅是信息技術的關鍵材料硅芯片硅太陽能電池利用硅的半導體性能，制成光電池，將光能轉化為電能。在美國舊金山，有個最大的高科技工業園區，稱之為“硅谷”，它是現代電子工業和計算機發展的基地。這說明硅在電子工業革命中起著非常重要作用。以硅為基礎而制成的晶體管是計算機的心臟。

硅在電子工業中重要作用5、硅的工業制法：

粗硅：

純硅：2C+SiO2===Si+2CO↑高溫

Si+2Cl2=SiCl4

SiCl4+2H2===Si+4HCl高溫1、下列各組物質有關性質關系的比較，正確的是（）A、溶解性：CO2<SiO2B、酸性：H2SiO3>H2CO3C、熔點：SiO2>CO2（干冰）D、硬度：SiO2<CO2C【練習】

2、要除去SiO2中的CaO雜質，最適宜的試劑是（）A、純堿溶液B、鹽酸C、硫酸D、苛性鈉溶液B3、實驗室現提供下列試劑瓶：①細口磨口塞玻璃瓶②廣口瓶③細口橡皮塞玻璃瓶④棕色廣口瓶⑤細口塑料瓶，請選擇合適的試劑瓶盛裝下列試劑。A、二氧化硅__B、氫氧化鈉溶液_C、硝酸銀晶體__D、氫氟酸_E、濃硫酸__②③④⑤①再見！4、在世界的歷史中，每一偉大而高貴的時刻都是某種熱忱的勝利。7、許多人企求著生活的完美結局，殊不知美根本不在結局，而在于追求的過程。3、不懂時，別亂說;懂得時，別多說;心亂時，慢慢說;沒話時，就別說。15、創富靠拼搏，靠毅力，堅持為民服務，相信成功的路上有我，有你。2、知識是座寶庫，而勤奮就是開啟寶庫大門的鑰匙。17、人的生命似洪水在奔流，不遇著島嶼、暗礁，難以激起美麗的浪花。12、能者上，庸者下，平者讓。誰砸企業的牌子，企業就砸誰的飯碗。7、每一發奮努力的背后，必有加倍的賞賜。11、千萬人的失敗，都有是失敗在做事不徹底，往往做到離成功只差一步就終止不做了。15、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，