4.1无机硅酸盐材料-硅

第2课时 硅酸盐与无机非金属材料1.水玻璃是Na 2SiO 3的水溶液，有黏性，常用作矿物胶。

2．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥和陶瓷。

3．新型无机非金属材料包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。

4．玻璃的成分为：Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2；水泥的成分为：3CaO·SiO 2、2CaO·SiO 2、3CaO·Al 2O 3。

5．两个化学方程式：CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑，Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。

对应学生用书P861．我们已学过的材料有哪些？提示：金属材料、硅酸盐材料、有机高分子材料、复合材料。

2．玻璃属于什么材料？ 提示：硅酸盐材料。

3．塑料属于什么材料？ 提示：有机高分子材料。

[新知探究]探究1 玻璃(1)主要原料：纯碱、石灰石、石英。

(2)主要反应：⎩⎪⎨⎪⎧Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑ (3)产品成分：Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2。

探究2 水泥(1)主要原料：黏土、石灰石。

(2)产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。

探究3 陶瓷 原料：黏土。

[必记结论](1)硅酸盐除Na 2SiO 3、K 2SiO 3易溶于水，其他都难溶于水。

(2)Na 2SiO 3水溶液俗称水玻璃，有黏性，常用作矿物胶。

(3)玻璃、水泥、陶瓷均为硅酸盐材料，不溶于水。

(4)水泥有水硬性，石膏的主要作用是调节水泥的硬化速度。

(5)玻璃属于混合物，没有固定熔点。

(6)钢化玻璃的成分与普通玻璃的成分相同。

[成功体验]1．(好题共享·选自人教版教材P 80·T 1)有下列物品或设备：①陶瓷餐具 ②砖瓦 ③水泥路桥 ④门窗玻璃 ⑤水晶镜片 ⑥石英钟表 ⑦玛瑙手镯 ⑧硅太阳能电池 ⑨石英光导纤维 ⑩计算机芯片。

第１讲无机非金属材料的主角 —硅考纲要求：1.了解硅单质及其化合物的主要性质及应用。

2.了解硅单质及其化合物对环境质量的影响。

[循着图示·想一想][特色特性·记一记]1．特殊的用途：Si ——半导体材料、太阳能电池板 SiO 2——光导纤维H 2SiO 3——硅胶可作干燥剂Na 2SiO 3(水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料2．特殊的表示方法：硅酸盐可以用氧化物的形式表示 如Na 2SiO 3→Na 2O·SiO 2 3．特殊的性质：(1)Si 与NaOH 溶液的反应： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑(2)SiO 2能溶于氢氟酸：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O (3)H 2CO 3的酸性强于H 2SiO 3：Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓ (4)粗硅的制备：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2C O↑考点一 应用广泛的非金属单质——硅[教材知识层面]1．硅元素的原子结构硅元素位于元素周期表中第三周期ⅣA族，原子结构示意图为；在自然界中均以化合态形式存在。

2．硅单质的性质 (1)物理性质：硅单质为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性。

(2)化学性质——还原性。

①与氢氟酸反应的化学方程式：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑；②与NaOH 溶液反应的化学方程式：Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑； ③与O 2反应：Si ＋O 2△,SiO 2。

3．硅单质的用途半导体材料、太阳能电池、合金材料。

[高考考查层面]命题点1 硅单质的特性非金属的一般规律 硅的特性硅还原性强于碳2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑ 非金属与强碱溶液反应一般不产生H 2 硅可与强碱溶液反应产生H 2： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑ 非金属一般不与非氧化性酸反应Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑[典题示例]判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

［讲述］硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量９０％以上。

各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。

自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演者主角的角色。

［问题］碳和硅元素结构上又和不同？推测硅单质的性质有哪些？
［阅读］科学视野。

［讲解］将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。

这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构的原子晶由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，
［讲述］水晶—石英中无色透明的晶体；具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。

二氧化硅可用来做光导纤维。

［投影］
（１）不溶于水，酸性比碳酸弱。

SiO ［实验４—１］试管中加入3～5mLNa
2
，而初中我们知道碳的化学性质很稳定，能以多种碳的单质存在于自然界中。

高中化学必修14.1无机非金属材料的主角—硅1.二氧化硅1、存在：地球上存在的天然二氧化硅约占地壳总质量的 ；其存在形态有 和 两大类。

2、结构： (1) S iO 2晶体的基本结构单元呈 ，每个Si 原子周围结合 个O ，每个O 原子跟 个Si 相结合，Si 与O 原子按 的比例组成 的晶体。

(2）石英晶体是结晶的 ，石英中无色透明的晶体叫 ，具有彩色环带状或层状的称为 。

（3）SiO 2是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。

SiO 2不能与水反应生成相应酸,但是可与氢氟酸反应:与碱反应生成盐和水：与碱性氧化物反应生成盐：【例1】下列物质中不与二氧化硅反应的是 （ ）A ．烧碱B ．氢氟酸C ．硝酸D ．生石灰【练1】由下列实验事实得出的结论正确的是( )A ．由SiO 2不能与水反应生成H 2SiO 3，可知SiO 2不是酸性氧化物B ．由SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑，可知转移的电子物质的量为4molC ．CO 2通入Na 2SiO 3溶液产生白色沉淀，可知酸性H 2CO 3>H 2SiO 3D ．SiO 2可与NaOH 溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO 2为两性氧化物【练2】下列叙述正确的是( )A ．CO 2和SiO 2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B ．因为CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C ．CO 2和SiO 2都能与碳反应，且都作氧化剂D ．SiO 2晶体熔、沸点高，硬度大，故可用于制做光导纤维2.硅酸硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓【例2】是一种很弱的酸,酸性:H2SiO3H2CO3。

知识点一二氧化硅和硅酸1.硅在自然界中的存在(1)含量硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧。

(2)原子结构特点硅的原子结构示意图为,最外层有4个电子，和碳一样，其原子既不易失去电子也不易得到电子，主要形成四价的化合物。

硅是无机界的主角，碳是有机界的主角。

(3)硅元素的存在硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，它们占地壳质量的90%以上。

在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。

2.二氧化硅(1)二氧化硅的存在SiO2是硅最重要的化合物，其存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。

石英晶体是结晶的二氧化硅，其中无色透明的晶体叫水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。

沙子中含有小粒的石英晶体。

(2)二氧化硅的结构SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元如图所示：该结构为四面体结构，每个Si周围有4个O，而每个O跟2个Si相结合，所以SiO2是由Si和O按原子个数比为1∶2所组成的具有立体网状结构的晶体，如图所示。

⑶物理性质SiO2的网状结构决定SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。

⑷化学性质①SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，在一定条件下能与碱性氧化物和碱反应生成盐。

SiO2是硅酸的酸酐，但不与水反应。

a.可以与强碱如NaOH等反应，方程式为：SiO2+ 2NaOH＝Na2SiO3+ H2O特别提醒盛放NaOH（或其他碱性）溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞，因玻璃的主要成分之一是SiO2,会与NaOH在常温下反应生成Na2SiO3，特别是瓶颈的磨砂部分更易与NaOH反应。

②特性与氢氟酸(HF)反应——HF是唯一可以与SiO2发生反应的酸。

SiO2化学性质很不活泼，除氢氟酸外不与其他酸反应，SiO2与HF反应的化学方程式为:SiO2 + 4HF ＝SiF4↑+ 2H2O，故氢氟酸可用于刻蚀玻璃。

特别提醒因为SiO2是玻璃的主要成分之一，所以氢氟酸能腐蚀玻璃，因此，氢氟酸在保存时不能盛放于玻璃瓶里，可以存在于塑料瓶里。