第一节 无机非金属材料的主角—硅
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问题
自然界中的岩石、沙子、土壤是由什么构成？
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你还知道哪些含硅的物质？
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硅的广泛存在
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元素周期表
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第ⅣA族的二兄弟碳和硅—豪门二杰
地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤， “统治了地壳”
硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异
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一、二氧化硅和硅酸
硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。
所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的
氧化物及硅酸盐的形式存在。
1、二氧化硅（SiO2）
SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
SiO2的结构
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晶体二氧化硅
硅藻土　　
中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)
有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有
354处，总保有储量矿石3.85亿吨。
仅次于美国，居世界第2位。在地区分
布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，
云南、福建、河北等地次之。矿床类型
主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、
山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和
陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻
土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪
和第四纪，以第三纪为主。
无定形二氧化硅
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二氧化硅的用途
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二氧化硅的用途
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坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。
（1）物理性质：
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（2）化学性质：
（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）
4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
（b）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。
2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O
与强碱反应：
与碱性氧化物反应：
(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。)
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2.硅酸（H2SiO3）
思考：1.二氧化硅不溶于水，不跟水反应，如何从二氧化硅来制备H2SiO3
是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3
所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。
实验4－1
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二、硅酸盐
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。
最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等。
实验4－2
几种硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要的无机非金属材料。
新型的陶瓷
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三、新型无机非金属材料的特性
1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，
仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶
片、轴承、永久性模具等。
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2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。
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3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
处于高温下的光导纤维
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F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
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4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。
人造关节
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（2）硅酸盐组成的表示
用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。
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高岭石
Al2（Si2O5）（OH）4
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要领：两边原子个数守恒
格式：金属氧化物、二氧化硅、水
顺序：金属按活动顺序表
拆分原则
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K(Al3Si3O10)(OH)2
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三、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体
物性：
化性：
1、灰黑色，有金属光泽，硬而
脆的固体
2、熔、沸点高、硬度大
3、晶体硅是良好的半导体
常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。
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1、与氟气反应：
2、与氢氟酸反应：
3、与强碱溶液反应：
4、与氯气反应：
5、与氧气反应
Si+2F2==SiF4
Si+4HF==SiF4+2H2
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存在
在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：
硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。
用途
集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。
集成电路 晶体管
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制备
工业上：
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相应练习1
已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：
现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下
可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过
量的）
解：
Na—1/2H2
23 1/2×22.4
11.5 X
Si—2H2
28 2×22.4
4.2 Y
Y=(4.2 ×2 ×22.4)/28=6.72(L)
VH2=5.6+6.72=12.32(L)
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相应练习2
在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反 应的化学方程式为

这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为
MgO+2HCl==MgCl2+H2O
Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4
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硅元素
单质硅
Si + F2
Si + HF
Si + NaOH
加热能与某
些非金属单
质反应（O2、Cl2）
作业：习题1、4
归纳总结