第四章

非金屬材料及其化合物第一節無機非金屬材料的主角—硅1、硅的原子結構硅原子和碳原子的最外電子層均有4個電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價的化合物。硅Si+14842+642C一、硅元素在地殼中的含量、存在形式1、含量2、硅的存在形式硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。硅是一種親氧元素,在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。自然界中硅沒有游離態。碳—統治有機界：碳是構成有機物的主要元素。硅—統治無機礦物界：硅是構成巖石與許多礦物的基本元素。二、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（SiO2）（1）SiO2的存在形態無定形（硅藻土）（石英晶體）瑪瑙水晶水晶瑪瑙(無色透明)(彩色環帶或層狀)硅石結晶形（2）二氧化硅的晶體結構CO2的晶體結構SiO2的晶體結構SiO2晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網狀結構的晶體。因此，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。SiO2不是分子式，而是化學式（晶體中原子個數最簡單的整數比）?！維iO4】四面體結構SiO2的網狀結構決定了它具有優良的物理和化學性質，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應用著。光導纖維石英坩堝玻璃儀器精美瓷器

根據SiO2的存在和應用，請你分析以下問題：SiO2的物理化學性質是由什么決定的？思考與交流：物理性質：難溶于水，熔點高，硬度大?；瘜W穩定性：化學性質很穩定，不活潑。原因：SiO2的這些性質主要與它的結構有關，SiO2是正四面體的空間網狀結構，因此性質很穩定。與強堿反應生成鹽和水

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O①酸性氧化物

與堿性氧化物反應生成鹽

SiO2+CaO==

CaSiO3

（3）化學性質:高溫

實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？因為堿液會跟玻璃塞中的SiO2反應，生成的硅酸鈉會把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起。硅酸鈉，水溶液俗名“水玻璃”，具有黏性，可用作粘合劑，也可用來制備硅膠和木材防火劑等。②與C的反應

SiO2+2C==

Si+2CO↑

高溫③

SiO2不溶于水，不能與水反應生成硅酸。HF是唯一可以與SiO2

發生反應的酸，此反應用來雕刻玻璃。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O④

與HF的反應（SiO2的特性）性質二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)SiO2與CO2化學性質的比較CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3高溫————↑酸性氧化物與堿性氧化物反應與堿反應與水反應與氫氟酸反應2、實驗室能不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸？不能。HF能腐蝕玻璃，要用塑料瓶裝，制取HF也不能用玻璃器皿而要用鉛皿。1、某同學根據SiO2既可與氫氧化鈉反應，也能與氫氟酸反應，推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?

不正確。因為二氧化硅只跟氫氟酸反應，不能與一般的酸反應，只是屬于酸性氧化物?！舅伎寂c交流】2、硅酸（H2SiO3）H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸還弱）,不能使指示劑變色。

思考：如何制得硅酸？能用SiO2與水反應制得嗎？由于SiO2不容于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其它酸反應制得的。實驗視頻實驗4-1現象結論方程式滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的、膠凍狀的硅酸凝膠產生Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl（1）硅酸的制備①不穩定（比H2CO3穩定），受熱易分解?H2SiO3==H2O+SiO2②弱酸性

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）硅酸的性質思考：怎樣由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反應原理：強酸制弱酸（3）硅膠制備：H2SiO3硅酸凝膠硅酸干凝膠“硅膠”用途：

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。逐漸聚合干燥脫水閱讀課本79頁第1、2自然段后，回答下列問題1、硅單質分為哪兩種？2、晶體硅主要物理性質是什么？3、晶體硅又怎樣的結構？4、硅單質的化學性質如何？Si原子二、硅單質(Si)—晶體和無定形1.物理性質：

晶體硅是帶有金屬光澤，結構類似金剛石，為硬而脆的灰黑色固體,熔點高，硬度大2.化學性質在常溫下化學性質不活潑，能與F2、氫氟酸、強堿溶液反應Si

+

2F2

==

SiF4

Si

+

4HF

==

SiF4↑

+

2H2↑Si

+

2NaOH

+

H2O=Na2SiO3

+2H2↑加熱時能與O2、Cl2、C等反應Si+O2===SiO2Si

+

2Cl2

==

SiCl4Si

+

C

==

SiC閱讀課本81頁第9題，回答下列問題1、工業上制備高純硅的原理是什么？2、氫氣的作用是什么？3、硅的工業制法：

粗硅純硅2C+SiO2==Si+2CO↑高溫Si+2Cl2==SiCl4SiCl4+2H2===Si+4HCl高溫4.晶體硅的用途

Si在元素周期表中介于金屬與非金屬的過度位置。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,硅是信息技術的關鍵材料利用硅的半導體性質硅成為將光能轉化為電能常用材料。太陽能電池電腦的中央處理器（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。信息技術的關鍵材料2005年3月28日，鄧中翰接受國家主席胡錦濤為他頒發的共和國最高獎勵――國家科技進步一等獎?！啊钡恼Q生徹底改寫了蓬勃發展的中國IT業無“芯”的歷史。中國芯晶體硅硅用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件，制鋁合金、鐵合金等多種合金。晶體管大規模集成電路1、信息技術的關鍵材料---芯片2、太陽能轉化為電能的常用材料---

太陽能電池3、可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件小結4：晶體硅的用途閱讀p74第3、4自然段及p75，回答下列問題：天然二氧化硅的含量？天然二氧化硅的存在類型有哪些？二氧化硅的晶體結構有何特點？二氧化硅有哪些物理化學性質？1、關于二氧化硅說法錯誤的是（）A、二氧化硅分子由一個硅原子和兩個氧原子構成。B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。C、二氧化硅能與氫氟酸反應，又能與燒堿反應，所以它是兩性氧化物