)第四章第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角—硅

,無機(jī)非金屬材料的主角,硅,優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計人生,2011-2012,年高考第一輪復(fù)習(xí),1,了,解硅單質(zhì)及其主要化合物,SiO,2,、,Na,2,SiO,3,、,H,2,SiO,3,的主要性質(zhì)。,2,了解硅酸鹽工業(yè)及新型無機(jī)非金屬材料的特性與應(yīng)用。,3,以上各部分知識的綜合應(yīng)用。,1,硅單質(zhì),硅在地殼中的含量居第,位，僅次于,，全部以,態(tài)存在，是一種,元素。,主要形成,價的化合物。,單質(zhì)硅有,和,形兩種，是良好的,材料。,常溫下，化學(xué)性質(zhì),。,2,氧,化合,親氧,4,晶體,無定,半導(dǎo)體,不活潑,2,二氧化硅,(SiO,2,),(1),物理性質(zhì),天然的二氧化硅稱為硅石，存在形態(tài)分,形和,形。,二氧化硅是,、,、,的主要成分，具有硬度,、熔點(diǎn),、,導(dǎo)電、不溶于水等性質(zhì)。,(2)SiO,2,的結(jié)構(gòu),在,SiO,2,的晶體中，每個硅原子與,個氧原子結(jié)合，每個氧原子與,個硅原子結(jié)合，即,SiO,2,晶體是由,Si,和,O,按,的比例所組成的,空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。,結(jié)晶,無定,巖石,沙子,土壤,大,高,不,4,2,1,2,正四面體,(3),化,學(xué)性質(zhì),酸性氧化物的通性,SiO,2,CaO,SiO,2,NaOH,=,與碳的反應(yīng)：,SiO,2,C,與氫氟酸的反應(yīng)：,SiO,2,4HF,=,(4),用途,SiO,2,可用于制造,、石英坩堝、飾物等。,CaSiO,3,Na,2,SiO,3,H,2,O,2,Si,2CO,SiF,4,2H,2,O,光導(dǎo)纖維,2,思考：,C,與,Si,同,屬第,IVA,元素，其相應(yīng)的氧化物,CO,2,與,SiO,2,性質(zhì)有哪些異同點(diǎn)？,提示：,CO,2,與,SiO,2,比較,二氧化碳,二氧化硅,存在,空氣中,存在于巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土都含,SiO,2,物理性質(zhì),熔、沸點(diǎn)低，常溫下是氣體，微溶于水,堅硬難熔的固體，不溶于水,化學(xué)性質(zhì),與水,CO,2,H,2,O H,2,CO,3,不反應(yīng),與酸,不反應(yīng),除氫氟酸外不反應(yīng),與,NaOH,溶液,CO,2,2NaOH,=,Na,2,CO,3,H,2,O,SiO,2,2NaOH,=,Na,2,SiO,3,H,2,O,與,CaO,CO,2,CaO,=,CaCO,3,SiO,2,CaO,CaSiO,3,用途,飲料、制純堿,光導(dǎo)纖維、化學(xué)儀器、光學(xué)儀器、鐘表、電子部件等,1,硅酸,(1),性質(zhì),硅酸是難溶于水的,酸，其酸性比碳酸,，硅酸不能使紫色石蕊試液變紅色。,硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：,。,硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與,NaOH,溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式,為：,。,弱,還弱,H,2,SiO,3,2NaOH,=,Na,2,SiO,3,2H,2,O,硅,酸在水中易聚合形成膠體。濃度較小時,；濃度較大時,。硅酸凝膠干燥脫水,硅酸干凝膠，又稱硅膠，吸附水的能力強(qiáng)，常用作,，也用作催化劑的載體。,(2),制備,Na,2,SiO,3,2HCl,=,，,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O,=,。,無色透明液體,凝膠,干燥劑,2NaCl,H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,H,2,SiO,3,2,硅酸鹽,(1),硅酸鹽是由,、,和,組成的化合物的總稱。硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu),復(fù)雜的物質(zhì)，一般都,。化學(xué)性質(zhì)很,，通常用,和,的形式表示其組成,(2),用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成。,硅酸鈉：,Na,2,SiO,3,；,硅酸鈣：,CaSiO,3,；,高嶺石：,Al,2,(Si,2,O,5,)(OH),4,。,硅,氧,金屬,不溶于水,穩(wěn)定,二氧化硅,金屬氧化物,Na,2,O·SiO,2,CaO·SiO,2,Al,2,O,3,·2SiO,2,·2H,2,O,延伸：硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，常用氧化物形式表示。,氧,化物的順序：活潑金屬氧化物,較活潑金屬氧化物,二氧化硅,水,氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。,注意事項：,氧化物之間以,“,·,”,隔開；,系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。,硅是一種不活潑的非金屬，一般情況下不易參加化學(xué)反應(yīng)，常溫下與,O,2,、,Cl,2,、濃,H,2,SO,4,、濃,HNO,3,不反應(yīng)，但可與,NaOH,溶液、氟氣、氫氟酸反應(yīng)。,加熱時，能與氧氣反應(yīng)生成二氧化硅，,Si,O,2,SiO,2,，但與氧化性酸等都不反應(yīng)，工業(yè)上在電爐中用碳還原二氧化硅可制得粗硅：,2C,SiO,2,Si,2CO,。,二氧化硅也是一種原子晶體，不溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大，由于二氧化硅中的硅氧鍵鍵能很大，所以它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，除氫氟酸外不與其他酸反應(yīng)；二氧化硅是硅酸的酸酐，能與強(qiáng)堿或堿性氧化物反應(yīng)生成硅酸鹽；,SiO,2,2NaOH,=,Na,2,SiO,3,H,2,O,SiO,2,CaO,CaSiO,3,二,氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)的產(chǎn)物硅酸鈉，可溶于水，有粘合作用，是一種不燃、不腐的礦物膠，所以實(shí)驗(yàn)室盛堿溶液的試劑瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞。,將,CO,2,通入硅酸鈉溶液可生成白色絮狀沉淀,H,4,SiO,4,，說明硅酸的酸性比碳酸還弱，,H,4,SiO,4,易失水生成,H,2,SiO,3,。,【,例,1,】,(2010·,原創(chuàng),),下,列說法正確的是,(,),A,二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng),B,根據(jù)反應(yīng),SiO,2,CaCO,3,CaSiO,3,CO,2,可推知硅酸酸性比碳酸強(qiáng),C,二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸,D,晶體硅常被用來制造光導(dǎo)纖維,C,硅及其化合物知識中的特例,1,非金屬單質(zhì)一般為絕緣體,(,如硫,),，但,Si,卻為半導(dǎo)體。,2,非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般是非金屬發(fā)生歧化反應(yīng),(,非金屬單質(zhì)既作氧化劑，又作還原劑,),，而,Si,與堿液反應(yīng)卻只作還原劑。,Si,2NaOH,H,2,O,=,Na,2,SiO,3,2H,2,(Cl,2,2NaOH,=,NaClO,NaCl,H,2,O),3,C,、,Si,同屬,A,族，還原性是,Si,大于,C,，而,C,卻能將,Si,從,SiO,2,中還原出來,(,條件是高溫,),，原因是產(chǎn)物,CO,氣體迅速從反應(yīng)體系中逸出。,SiO,2,2C,Si,2CO,4,非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，而,Si,卻能與,HF,發(fā)生反應(yīng)。,Si,4HF,=,SiF,4,2H,2,5,酸性氧化物一般不與酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，但,SiO,2,卻能與,HF,作用。,SiO,2,4HF,=,SiF,4,2H,2,O,6,無機(jī)酸一般易溶于水，而,H,2,SiO,3,及,H,4,SiO,4,卻難溶于水。,7,“,玻璃非玻璃，名堿卻是鹽,”,，這是,Na,2,SiO,3,的寫照，該物質(zhì)的水溶液俗名為,“,水玻璃,”,，但它與玻璃卻大相徑庭；,Na,2,SiO,3,因水解顯堿性，俗名,“,泡花堿,”,，但它卻不是堿，而是鹽。,1,下,列說法正確的是,(,),A,二氧化硅溶于水顯酸性，所以二氧化硅屬于酸性氧化物,B,二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸,C,二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸,D,因?yàn)楦邷貢r二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性,比碳酸強(qiáng),C,硅與二氧化硅都是原子晶體，其結(jié)構(gòu)模型可由金剛石的結(jié)構(gòu)類推，如果將金剛石結(jié)構(gòu)中的碳原子全部用硅原子代換，則為硅晶體，在硅晶體中，每兩個硅原子之間夾一個氧原子，即為二氧化硅。由于鍵長：,Si,Si,SiC,CC,，所以，其硬度和熔、沸點(diǎn)：硅晶體碳化硅金剛石。,注：,二氧化硅的熔、沸點(diǎn)比硅低。,1,金剛石與晶體硅的結(jié)構(gòu)相似，它們都是以,4,個共價鍵形成的正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鍵角均為,109°28,。,2,CO,2,和,SiO,2,的結(jié)構(gòu)不同，,CO,2,具有分子結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)式為,O,=,C,=,O,，電子式為,，直線形分子，常溫下為氣體，而,SiO,2,無分子結(jié)構(gòu)，它以,SiO,4,四面體為基本結(jié)構(gòu)單元。,OSiO,夾角為,109°28,，,每個,O,原子又同時連接,2,個硅原子。,【,例,2,】,1 mol SiO,2,晶,體中含有,SiO,共價鍵的物質(zhì)的量是,(,),A,1 mol B,2 mol C,3 mol D,4 mol,D,2,1 mol,晶,體硅中含有,Si,Si,鍵的數(shù)目是,(,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)為,N,A,)(,),A,0.5,N,A,B,N,A,C,2,N,A,D,4,N,A,C,