无机非金属材料的主角-硅.ppt

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（1） 占地壳质量的90%以上 地球生物生存的根基硅酸盐、空气、水、阳光 学习目标： 1、了解硅元素在自然界的存在， 硅的原子结构及性质。 2、了解二氧化硅的存在、性质和 重要用途。 重点： SiO2的性质。 难难点：SiO2的结结构。 1、Si在自然界中的存在形态： 阅读后小结： 2、Si在自然界中的存在形式： 3、Si在周期表中位于： 4、C、Si原子的最外电子层上有4个电子（ 画出C、Si原子的结构简图），其原子既难 失去电子又难得到电子（难于形成阴、阳离 子），主要形成4价的化合物。 SiO2和硅酸盐 C：2、4、4 Si：4、4 化合态 5、主要化合价 第IVA族第3周期。 一、二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅（SiO2） (1)存在： 结晶形：石英 无定形 水晶 玛瑙 (2) SiO2晶体是具有正四面体结构的立体网 状结构的晶体。 SiO2不是分子式，是化学 式，表示二氧化硅晶体中硅氧原子的个数 比。 (3)、 SiO2物理性质： SiO2是一坚硬难熔的固 体不溶于水，纯净的二氧化硅无色透明。 硅石（12%） （用途广泛） (4) 、SiO2的化学性质 很稳定 是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。 高温 a 、不能与水化合 b、与碱性氧化物化合：SiO2+CaO CaSiO3 SiO2+Na2O Na2SiO3 C、与碱反应：SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 注意：盛碱溶液的试剂瓶一般用橡胶塞，不能用 玻璃塞。为什么？ 高温 与HF反应：SiO2+4HF SiF4+2H2O 注意：一般用塑料试剂瓶盛氢氟酸，不能用玻璃 试剂瓶。为什么？（用于雕刻玻璃） 弱氧化性：SiO2 + 2C Si + 2CO 高温 Si + C SiC（金刚砂） 高温 SiO2 + 3C SiC + 2CO 高温 SiO2 + 2Mg Si+ 2MgO 高温 SiO2 + 4Mg Mg2Si + 2MgO 高温 与Na2CO3等反应： SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温 高温 制光导纤维、石英玻璃、石英钟表 等；制造电子工业中的重要部件、光学 仪器、高级工艺品、眼镜片、精密仪器 、轴承、耐磨器皿等；制作装饰品。 （5）、SiO2的用途与危害： 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）。 危害： 用途： 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（2） 占地壳质量的90%以上 地球生物生存的根基硅酸盐、空气、水、阳光 1、了解硅酸、硅酸盐的主要性质和 用途，学习用实验探究物质性质的方法 。 2、了解材料发展的历史与前景，认 识化学在材料科学中的重要地位，培养 学习化学的兴趣。 重点：硅酸、硅酸盐的主要性质和用途 难难点：硅酸盐的组成 学习目标： 二氧化碳二氧化硅 化学式 化学式的 意义义 通常状况 下的状态态 硬度 水溶性 熔沸点 二氧化硅和二氧化碳的比较 CO2SiO2 表示二氧化碳 分子及其组成 表示二氧化硅晶体 中硅氧原子个数比 气态 固态 很小很大 可溶于水不溶于水 很低很高 二氧化碳二氧化硅 稳稳定性 与水 反应应 与碱性氧 化物反 应应 与碱 反应应 与HF 反应应 高温 稳定很稳定 CO2+H2O=H2CO3不反应 CO2+CaO = CaCO3SiO2+CaO = CaSiO3 CO2+2NaOH = Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O 不反应 SiO2+4HF = SiF4+2H2O 化学性质 二氧化碳二氧化硅 弱氧 化性 与碳 酸钠钠 等反 应应 高温 SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 高温 高温 CO2 + C = 2CO 高温 SiO2 + 2C = Si + 2CO CO2+H2O+Na2CO3 =2NaHCO3 CO2 +H2O+ CaCO3 = Ca（HCO3）2 2、硅酸（H2SiO3） H2SiO3是SiO2的对应水化物（ SiO2 是 H2SiO3的酸酐），是一种不溶性酸，是一 种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。 （1）制法可溶性硅酸盐与酸反应： 现现象 结论结论 化学方 程式 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。 实验4-1 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 （2）酸性太弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O （3）不稳定（比H2CO3稳定），受热易 分解 用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明 H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 H2SiO3 = H2O + SiO2 3、硅酸钠（Na2SiO3），俗名叫泡花碱，白色固 体，易溶 于水，其水溶液俗名叫水玻璃。 2、结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定 1、由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。 二、硅酸盐 实验实验 4-2放入蒸馏馏水放入Na2SiO3饱饱和溶液 现现象 结论结论 先变干，后燃烧仅变干，不燃烧 Na2SiO3溶液可作木 材、纸张的防火剂 水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易 被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、 织物的防腐剂和防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。 （2）氧化物化学式法： 金属氧化物（低价高价）二氧化硅水 （1）盐化学式法： 如：Na2SiO3、CaSiO3、K2SiO3 等 4、硅酸盐组成的表示方法： 滑 石：3MgO4SiO2H2O 云 母：K2O3Al2O36SiO22H2O 沸 石：Na2OAl2O33SiO22H2O 石 棉：3MgOCaO4SiO2 高岭石（黏土）：Al2O32SiO22H2O 如： 能表 示成 盐的 形式 吗？ 5、土壤胶体的形成、特点和应用： （阅读上段P.72） 6、重要的无机非金属材料： （1）传统硅酸盐材料 ：陶瓷、玻璃、水泥 （2）新型无机非金属材料：新型陶瓷、光 导纤维阅读P.73科学视野 （3）其它：见P.73 课前一题 某500mL溶液中含有0.1molFe2+， 0.2molFe3+，加入0.2mol铁粉，待 Fe3+完全还原后，溶液中Fe2+的物 质的量浓度为 。（假定反 应前后溶液的体积不变） A.0.4mol/L B.0.6mol/L C.0.8mol/L D.1.0mol/L 0.8mol/L 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 （第三课时） 学习目标： 1、了解硅元素在自然界中的存在 2、硅单质的结构、主要性质和用途， 认识硅单质在信息技术中的重要作用。 3、认识化学在材料科学中的重要地位 ，培养学习化学的兴趣。 重点：硅单质的主要性质和用途 难难点：晶体硅的结构 （2）氧化物化学式法： 金属氧化物（低价高价）二氧化硅水 （1）盐化学式法： 如：Na2SiO3、CaSiO3、K2SiO3 等 复习：硅酸盐组成的表示方法： 滑 石：3MgO4SiO2H2O 云 母：K2O3Al2O36SiO22H2O 沸 石：Na2OAl2O33SiO22H2O 石 棉：3MgOCaO4SiO2 高岭石（黏土）：Al2O32SiO22H2O 如： (1)焦炭的作用：作还原剂。 (2)粗硅制纯硅属于：化合反应；SiCl4与H2 的反应属于：置换反应；H2是还原剂。 (3)“从沙滩到用户”？ 粗硅的制取：SiO2 + 2C Si + 2CO 高温 高纯硅的制取： Si（粗）+ 2Cl2 SiCl4 SiCl4 + 2H2 Si（高纯）+ 4HCl 高温 高温 1、晶体结构 三、硅单质 硅单质有晶体和无定形两种，晶体硅 的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体 结构的立体网状结构的晶体。 3、化学性质 常温下，硅的化学性质很稳定，除 F2、HF和强碱外，硅不跟其它物质（如 O2、Cl2、H2SO4、HNO3等 ）反应。 晶体硅是带有金属光泽、灰黑色、硬 而脆的固体，熔、沸点高，导电性介于导 体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 2、物理性质 （1）常温下能发生的反应 Si+2F2= SiF4 Si+4HF= SiF4 +2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2NaOH+Ca(OH)2 =Na2SiO3+CaO+2H2 加热 生氢剂： 4、用途 晶体硅可用来制造集成电路、晶体管、 整流器等半导体器件和光电池，硅芯片是 各种计算机、微电子产品的核心，硅还可 以用于制造铝合金、铁合金等。 （2）高温下能发生的反应 Si+2Cl2 SiCl4 Si+O2 SiO2 Si+C SiC Si+2Mg Mg2Si 高温 高温 高温 高温 5、硅的工业制法 高纯硅的一般纯度要求达到99.9999%， 甚至达到99.9999999%以上。 作业：P.75 1 2讨论：P.75 3 5 （1）粗硅的制取：SiO2 + 2C Si + 2CO 高温 （2）高纯硅的制取： Si（粗）+ 2Cl2 SiCl4 SiCl4 + 2H2 Si（高纯）+ 4HCl 高温 高温 课