高中化學(xué) 必修一

第四章 非金屬及其化合物

第一節(jié) 無機非金屬材料的主角——硅

二氧化硅

(1)二氧化硅的存在

二氧化硅是自然界中沙子,、石英的主要成分。結(jié)晶的二氧化硅叫石英,，天然二氧化硅叫硅石,。(2)二氧化硅的結(jié)構(gòu)SiO2晶體的基本結(jié)構(gòu)是以硅原子為中心，氧原子在4個頂角上的正四面體,，而這些正四面體又通過頂角的氧原子相連接,。SiO2晶體是由Si與O按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（如圖）。

(3)二氧化硅的物理性質(zhì)純凈的二氧化硅晶體是無色透明的,。二氧化硅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了二氧化硅是堅硬,、難熔的固體(硬度大、熔沸點高),，不溶于水,。(4)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)(通常很不活潑)二氧化硅是一種酸性氧化物，是硅酸的酸酐,，在一定條件下能與強堿,、堿性氧化物和某些鹽反應(yīng)，但不能與水反應(yīng),。①具有酸性氧化物的性質(zhì)

與強堿反應(yīng)生成鹽和水：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O（盛裝NaOH溶液的試劑瓶不用磨口玻璃塞,，而用橡膠塞,。）②與氫氟酸反應(yīng)(特性)酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng),，生成氣態(tài)的四氟化硅,。此反應(yīng)用于刻蝕玻璃。因此盛裝氫氟酸不能用玻璃瓶而要用塑料瓶,。SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O③與鹽反應(yīng)

④弱氧化性二氧化硅中硅元素的化合價為＋4價,，是硅元素的最高價，因此具有一定的氧化性,，能被C,、Mg等還原劑還原。(5)SiO2的用途①制作高性能通信器材和光導(dǎo)纖維,。②制造電子工業(yè)中的重要部件,、光學(xué)儀器、工藝品,、眼鏡片,、精密儀器等。

二氧化硅和二氧化碳的比較

硅酸

(1)化學(xué)性質(zhì)①弱酸性H2SiO3是一種很弱的酸,，不能使酸堿指示劑變色,，但能與強堿(如NaOH)反應(yīng)：H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O。硅酸的酸性弱于碳酸,，可通過強酸制弱酸原理得到證明,。如：將CO2通入硅酸鈉溶液中有沉淀生成。②不穩(wěn)定性

(3)硅酸的用途新制備的H2SiO3逐漸聚合而形成膠體溶液——硅酸溶膠,，硅酸濃度較大時,，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠,。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠,，稱為“硅膠”。硅膠多孔,，吸附水分能力強,，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,。

硅酸鹽的存在

硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱,。硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì),，在自然界中分布極廣，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分,，自然界中存在各種天然硅酸鹽礦物,，大多不溶于水,，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

最簡單的硅酸鹽——硅酸鈉(Na2SiO3)

(1)物理性質(zhì)硅酸鈉可溶于水,，其水溶液俗稱水玻璃,，是一種礦物膠，具有很強的黏合性,。(2)化學(xué)性質(zhì)①與比硅酸酸性強的一些酸反應(yīng),，生成難溶于水的硅酸。Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(膠體)＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(膠體)＋Na2CO3②不能燃燒,，不易腐蝕,，熱穩(wěn)定性良好。(3)用途硅酸鈉常用于制備硅膠,，木材防火劑,，作肥皂填料、黏合劑等,。

硅酸鹽的表示方法

(1)鹽化學(xué)式法：一般用于表示簡單的硅酸鹽。如硅酸鈉：Na2SiO3,，硅酸鈣：CaSiO3等,。(2)氧化物法：用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。一般用于表示復(fù)雜的硅酸鹽,。如高嶺土：Al2(Si2O5)(OH)4表示為Al2O3·2SiO2·2H2O,。①氧化物的排列順序為：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水；氧化物之間以“·”隔開,。

重要的無機非金屬材料

傳統(tǒng)的無機非金屬材料

新型無機非金屬材料

硅在地殼中的存在

硅在地殼中的含量僅次于氧,，居第二位，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在,，自然界中無游離態(tài)的硅,。單質(zhì)硅通常以晶體硅和無定形硅兩種形式存在。自然界中,，硅元素分布廣泛,，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。

硅原子的結(jié)構(gòu)

硅原子的原子最外層電子數(shù)與碳相同,，因此兩者具有相似的化學(xué)性質(zhì),。其原子既不易失電子，也不易得電子,。所以化學(xué)性質(zhì)不活潑,，主要形成四價化合物。碳是構(gòu)成有機物的主要元素,，硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素,。

硅單質(zhì)的物理性質(zhì)

硅的化學(xué)性質(zhì)

(1)穩(wěn)定性：常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,，除氟氣(F2)、氫氟酸(HF)和強堿外,，硅與其他物質(zhì),，如O2、Cl2,、H2SO4,、HNO3等，均不反應(yīng),。Si＋2F2=SiF4Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑

(2)還原性：在加熱或高溫條件下,，硅能與某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

硅的工業(yè)制法

硅的用途

依據(jù)其半導(dǎo)體性質(zhì)及豐富的來源,，硅成為信息技術(shù)的關(guān)鍵材料(半導(dǎo)體材料中硅占了95%以上),。半導(dǎo)體晶體管和硅芯片的發(fā)展應(yīng)用，促進了信息技術(shù)革命,，硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料,，如高純硅可以制成光電池(將光能直接轉(zhuǎn)換為電能)，可以用作計算器,、人造衛(wèi)星,、登月車、火星探測器,、太陽能電動汽車等的動力設(shè)備,，是極有發(fā)展前景的新型能源材料。

每日一個知識點

目錄

高中化學(xué)必修一

一.從實驗學(xué)化學(xué)

1.化學(xué)實驗基本方法

2. 化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用

二.化學(xué)物質(zhì)及其變化

1. 物質(zhì)的分類

2. 離子反應(yīng)

3.氧化還原反應(yīng)

三. 金屬及其化合物

1.金屬的化學(xué)性質(zhì)

2.幾種重要的金屬化合物

3. 用途廣泛的金屬材料

四. 非金屬及其化合物

1.無機非金屬材料的主角---硅

2. 富集在海水中的元素---氯

3. 硫和氮的氧化物

4. 硫酸,、硝酸和氨

未完待續(xù)

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