第四章 非金属及其化合物
第一节
无机非金属材料的主角---硅
地壳中含量？
硅的氧化物和硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。因此，硅在无机非金属材料中扮演主要角色。
思考1：写出硅原子结构示意图，最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？
最外层电子数是4 ，碳也是。
既不易失去电子，也不易得到电子，所以,硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物．
碳、硅——有机界和无机界的豪门双雄
碳、硅在元素周期表的位置:
碳是构成有机物的主要元素。
硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
思考：阅读课本“二氧化硅和硅酸”，比较碳、硅亲合氧的能力。
结论:碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。
依据:硅元素在自然界总是以氧的化合物的形态存在。不存在游离态的硅单质。
(1)存在 阅读课本74—75页
思考题1 什么是硅石、石英、水晶、玛瑙？画出由硅石分类到玛瑙的树状分类图。
地球上存在的天然二氧化硅称为（统称为）硅石
硅石
结晶形 （石英）
无定形
无色透明
彩色环带或层状
水晶
玛瑙
原因：
SiO2的这些性质主要与它的结构有关,
透过图片思考: 二氧化硅具有哪些物理性质（水溶性、熔点、硬度）? 化学稳定性如何?你的根据是什么？SiO2的这些性质是由什么决定的?(阅读科学视野)
物理性质:
难溶于水, 熔点高, 硬度大。
化学性质:
化学性质很稳定，不活泼
问题: SiO2的结构到底是怎样的呢?
（2）、空间结构
SiO2是分子式吗？
每个Si原子周围结合4个O，
每个O原子跟2个Si相结合，
Si与O原子按1：2的比例
组成立体网状结构的晶体
（3）、SiO2的物理性质：
坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。
交流与研讨
1. 从物质分类角度来看, 二氧化硅属于哪类氧化物？
2. 二氧化硅可能具有哪些化学性质？
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O
特性：4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
（4）、化学性质—性质稳定, 不活泼
① 是酸性氧化物
② 难溶于水，不与水反应
③ 不与酸反应（除氢氟酸以外）
④弱氧化性：
2C+SiO2 ＝ Si+2CO↑
高温
（用于工业制粗硅，这就是“从沙滩到用户”）
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
SiO2＋CaO=CaSiO3
固 态
分子构成
熔点低
气 态
原子构成的网状结构
熔点高、硬度大
——
SiO2 ＋ 4HF
=SiF4↑＋ 2H2O
人工降雨，灭火等
装饰、石英坩埚、光纤
(3).二氧化硅的物理和化学性质 （与CO2对比）
高温
有粘性
想一想
2、实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸？
1、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
②
③
④
⑤
①
随堂练习
SiO2 + 4HF  == SiF4  + 2H2O
作为酸性氧化物的SiO2，氢氟酸（ HF）是唯一可以与之反应的酸。
思考：
一般的玻璃（主要成分是SiO2）都是光滑的,透明的, 但我们也常见一些玻璃制品有美丽的图案, 这些图案是怎样“绘上”去的呢？
——利用氢氟酸和SiO2反应的原理
SiO2
（5）、用途
装饰品
石英坩埚
光导纤维
石英手表
光学仪器
耐磨器皿
精密仪器轴承
①SiO2制光导纤维
光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话
二氧化硅的用途
②饰物 工艺品
水晶
玛 瑙
③ 石 英 制 品
危害：
在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺）。
想一想
某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物.是否正确?
因为SiO2只与HF反应，这是SiO2的特性，与其它的酸不反应，SiO2是一种酸性氧化物。
练习:
1.地壳中含量第一和第二的两种元素所
形成的化合物不具有的性质是（ ）
A.熔点很高
B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐
D.坚硬
B
想一想：怎样设计实验制取H2SiO3呢？
2、硅酸 （H2SiO3）

(1)性质:
硅酸是一种白色固体，溶解度很小，而且是一种

弱酸,酸性比H2CO3还弱。
(2)制备:
由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。

制取原理：可溶性硅酸盐与酸反应
滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生
a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，d、静置则形成硅酸沉淀。
阅读课本P76并
探究实验4-1
Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3（胶体）
SiO32- + 2H+ == H2SiO3（胶体）
强酸制弱酸
SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3↓
Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
想一想
用什么实验事实能够证明
硅酸的酸性比碳酸弱？
向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现

白色浑浊，即用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明

H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。（强酸制弱酸）
硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸溶胶
硅酸浓度较大时则形成硅酸凝胶
硅酸凝胶干燥脱水——硅酸干凝胶，
又称为硅胶 ，硅胶多孔吸附水分能力强，
常用作 干燥剂，也用作催化剂的载体
3、用途
2.硅酸的性质
(1)是一种很弱的酸,酸性比碳酸还要弱
(2)不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解：
(3)硅酸在水中的溶解度很小。
本节小结：
本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性质、用途和H2SiO3的性质和制法 。知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。知道了SiO2在当前信息时代、IT产业中的重要作用。化学知识可以帮助我们认识，了解世界，我们也可以用学过的知识进行发明、创造，造福人类。
1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）
A.溶解性：CO2 B.酸性：H2SiO3 > H2CO3
C.熔点：SiO2 > CO2（干冰） D.硬度： SiO2 C
2、下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（ ）
A.CO2→H2CO3
B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O2→Na2CO3
D.SiO2→H2SiO3
D
3、要除去SiO2中的CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）
A.纯碱溶液
B 盐酸
C 硫酸
D 苛性钠溶液
B
二、硅酸盐
1、定义：
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称
2、性质：
硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的
可溶性硅酸盐是Na2SiO3
3、表示方法：
（1）化学式法：
适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、
CaSiO3等。
-1-
要领：各元素写成相应的氧化物，
化合价不变，元素守恒
格式：金属氧化物、二氧化硅、水
(各氧化物前系数为最简整数比)
顺序：金属按活动顺序表
（2）氧化物法：
硅酸钠：Na2SiO3 Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3 CaO·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石：KAlSiO3不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，
应写成K2O·Al2O3·6SiO2
注意事项：①氧化物之间以“·”隔开；
②系数配置出现分数应化为整数。
用氧化物形式表示下列硅酸盐：
1.蛇纹石：H4Mg3Si2O9
2.钙长石：CaAl2SiO6
3.石棉：CaMg3Si4O12
4.普通玻璃：CaNa2Si6O14
1.3MgO·2SiO2·2H2O
2.CaO·Al2O3·SiO2
3.CaO·3MgO·4SiO2
4.CaO·Na2O·6SiO2
三、硅酸盐
硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。
1. 硅酸钠（Na2SiO3）：白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。
实验探究：取两条一样的干燥布条，分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干后，分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。
水分蒸发后燃烧
无明火，不燃烧
水不能防火Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂
问一问
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什
么现象？为什么？
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：
（2）、硅酸钠化学性质
硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓
-1-
（3）、用途
可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的

黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂
②与盐反应
①与酸反应
Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3↓
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaCl
无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
3. 硅酸盐产品
硅酸盐产品简介
传统无机非金属材料：
陶瓷、玻璃、水泥
新型无机非金属材料：
新型陶瓷
透明陶瓷、超导陶瓷等
高温结构陶瓷、压电陶瓷
人造关节
几种特种玻璃
金刚砂
特殊功能的含硅材料
(1)SiC(俗称____________)具有金刚石结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。
(2)含硅4%的硅钢具有很高的导磁性，可用作变压器的铁芯。
(3)硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。
硅单质
1、物理性质
硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、
有金属光泽、硬而脆的固体。
为什么晶体硅的熔沸点高、硬度大？
硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度大。
硅的导电性如何？
导电性介于导体和绝缘体之间。
2、化学性质
常温下很稳定，只与氟气、氢氟酸、
强碱溶液反应；



加热时能和氧气、氯气、氢气等非金属反应。
你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质
Si＋2F2＝SiF4 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
Si ＋ O2 ＝ SiO2
Si ＋ 2H2 ＝ SiH4（不稳定）
Si+2Cl2 ＝ SiCl4
游离态和化合态
化合态
晶体硅
无定形硅
熔点高、硬度大
硬度小、电的良导体
灰黑
一、碳、硅比较
金刚石
石墨
半导体
【要点深化】
碳、硅的特性
(4)用途
晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料。
小　结
硅酸盐
1.表示方法：①盐化学式法 ②盐氧化物法
2.硅酸钠
⑴硅酸钠是一种无色晶体，熔点高
⑵硅酸钠易溶于水，水溶液俗称水玻璃，呈碱性
⑶Na2SiO3易吸收空气中的CO2：
Na2SiO3 +H2O+CO2== 2NaCO3 + H2SiO3（胶体）
⑷Na2SiO3溶液（水玻璃）—木材防火、黏胶剂等
3.硅酸盐产品 ：水泥、陶瓷、玻璃
4.硅 ①存在与状态；②物理性质；③化学性质；④用途；⑤制取。
√
√
√
×
√
1．(2009·广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素　②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②　B．②③ C．①④ D．③④
解析：水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不是硅酸盐或硅单质．答案：C
2．开发新材料是现代科技发展的方向之一．下列有关材料的说法正确的是
A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．C60的硬度很大，与金刚石相似
C．玻璃是一种纯净物
D．陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料
解析： B项，因C60是一个分子，它的结构与金刚石的结构不相同，故硬度要远小于金刚石；C项，玻璃的成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、沸点；D项，玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土．答案：A
3．(莆田四中月考)下列关于水玻璃的性质和用途的叙
述中正确的是 (　　)
A．它是一种纯净物，既不燃烧也不受腐蚀
B．水玻璃生产玻璃的主要原料之一
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
解析：水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，D错误．答案：C
4、　硅及其化合物的应用范围很广．下列说法正确的是
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．反应：Si＋2NaOH＋H2O === Na2SiO3＋2H2↑中，
Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
[答案]　A
[例2]　往含0.2 mol KOH和0.1 mol Ca(OH)2的溶液中持续地通入CO2气体，当通入气体的体积为6.72 L(标准状况)时立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量n和通入CO2的体积V的关系示意图正确的是(气体的溶解忽略不计)
[答案]　D
将足量的CO2不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积之间的关系可表示为
答案：C