人教版高一化学必修一无机非金属材料的主角-硅.ppt

第一节无机非金属材料的主角硅,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。,从原子角度认识硅原子,既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成四价化合物,C,Si,硅的原子结构,碳是构成有机物的主要元素,硅和碳一样,最外层电子数都为4，其原子既不易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物.,梳理导引1硅元素的存在和硅原子的结构(1)硅元素的存在在自然界中硅全部以_态存在，硅是构成_和许多矿物的基本元素，在地壳中的含量仅次于_，达到_。_和_是硅的主要存在形式。,化合,岩石,氧,26.3%,硅的氧化物,硅酸盐,(2)硅原子的结构硅原子的最外层上有_个电子，原子结构示意图为_，其原子既不易_电子又不易_电子，主要形成_的化合物。2二氧化硅(1)存在地球上天然的二氧化硅也叫_，是一种坚硬难熔的固体，有_和_两大类，约占地壳质量的。石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅(SiO2)。,4个,失去,得到,四价,硅石,结晶形,无定形,12%,一、二氧化硅,1.存在,地球上存在的二氧化硅叫，约占地壳总质量的；其存在形态有和两大类。,12%,硅石,结晶形,无定形,硅石,结晶形（石英）,无定形（硅藻土）,水晶（无色透明）,玛瑙（彩色条纹）,沙子,水晶,水晶,玛瑙,(2)结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构，晶体中硅原子和氧原子的个数比为_，不存在单个的SiO2分子。在SiO2晶体中，每个Si原子周围结合_O，Si在_，氧原子在，同时每个O与_Si相连，每个氧原子为_四面体共有。,1:2,4个,四面体的中心,4个顶角,2个,2个,结构:,四面体每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角.,一、二氧化硅,2.结构,二氧化硅晶体结构,基本结构单元,SiO2晶体的基本结构单元呈形，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。,四面体,4,2,1：2,立体网状,用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比,不是分子式是化学式，晶体中不存在单个SiO2分子。,一、二氧化硅,3.应用,SiO2的网状结构决定它具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用着,水晶制品,玛瑙制品,饰品,二氧化硅的用途,光学纤维胃镜,一、二氧化硅,4.物理性质：.,根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？,5.化学性质：.,硬度大，熔沸点高，不溶于水,很稳定,【讨论】为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？(玻璃中含有SiO2),二氧化硅是坚硬、难熔的固体，_溶于水，不导电，纯净的二氧化硅晶体无色透明。,不,一、二氧化硅,5.化学性质：,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,是性氧化物,SiO2+H2O不能与水反应,注意：保存碱性试剂只能用橡皮塞，酸性试剂用玻璃塞,俗称水玻璃，我是粘结剂哦,酸,一、二氧化硅,5.化学性质：,与酸只与HF反应（特性）,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,此反应可用于工艺上雕刻玻璃，保存氢氟酸只能用塑料瓶,在玻璃表面涂上一层石蜡,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,洗掉酸并去掉石蜡,与水反应,与碱性氧化物反应,与碱反应,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,不能反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,只与氢氟酸反应,气态,固态,熔沸很低,熔点高，硬度大,能溶于水,不溶于水,人工降雨，灭火,饮料等,光纤等,二氧化碳与二氧化硅比较,试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸,试剂瓶细口磨口塞广口瓶细口塑料瓶细口橡皮塞,1、实验室有五种试剂，根据它们各自的性质，必须选择适当的试剂瓶盛放，请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。,课堂练习,二、硅酸,1.硅酸的制备,方案1：利用SiO2与水反应制取,方案2：强酸制弱酸,提示：酸性：HCIH2CO3H2SiO3,发散思维：硅和碳同一主族，都为+4价，碳酸制取与硅酸制取应有一定相似之处,Na2SiO3溶液与盐酸和反应的化学方程式：；,红,碱,白色的胶状沉淀生成,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,不溶于水的白色固体,二、硅酸,1.硅酸的制备,Na2SiO3溶液与CO2反应的化学方程式：说明酸性:碳酸比硅酸强,Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3,二、硅酸,1.制备,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+NaCl,2.物理性质,白色的不溶于水的固体,3.化学性质,极弱酸性，比碳酸还弱，不能使指示剂变色,干燥硅胶,湿硅胶,生成的硅酸逐渐聚合而形成，经干燥脱水就形成，称为。常常用做干燥剂。,硅酸用途,硅酸干胶,“硅胶”,硅酸溶胶,-1-,二、硅酸盐,1、定义：,硅酸盐:由、元素组成的化合物的总称,2、性质：,硅酸盐种类很多，大多数于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Ka2SiO3,3、表示方法：,（1）化学式法：,适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。,硅,氧,金属,难溶,2硅酸盐组成的表示方法(1)自然界中的存在情况：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。,(2)硅酸盐组成的表示方法：硅酸盐的种类多、结构复杂，其组成的表示方法有两种。盐化学式法：如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)，一般适用于组成较简单的硅酸盐。氧化物法：如硅酸钠(Na2OSiO2)、石棉(CaO3MgO4SiO2)、黏土的主要成分(Al2O32SiO22H2O)。,温馨提示：虽然我们采用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，但硅酸盐并不是由氧化物组成的，不是混合物，是纯净物，属于盐类。,用氧化物的形式表示硅酸盐组成时，各氧化物的一般排列顺序为金属氧化物(较活泼金属的氧化物较不活泼金属的氧化物)二氧化硅水注意事项：氧化物之间以“”隔开；计量数配置出现分数应化为整数。例如：钾长石KAlSi3O8不能写成应写成K2OAl2O36SiO2。,Mg3CaSi4O12可写为：,3MgOCaO4SiO2,【例2】用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中不正确的()A钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O表示为Al2O3CaO3SiO23H2OB镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgOSiO2C钾长石KAlSi3O8表示为K2OAl2O33SiO2D高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O32SiO22H2O,提示：顺序为：活泼金属氧化物、二氧化硅、水。,C,-1-,5、硅酸钠（Na2SiO3）,硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，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。,水分蒸发后燃烧,水分蒸干后不燃烧,硅酸钠耐高温，能防火，不能燃烧,水加热下易蒸发,（1）、硅酸钠的物理性质,课本P65实验4-2,-1-,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。,Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3,-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,与盐反应,与酸反应,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,-1-,4、硅酸盐在自然界的转化,硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面巨大且一般带负电，能吸收NH4+，K等营养离子，从而具有保肥能力。,硅酸盐是如何具有保肥能力的？,思考,下列关于水玻璃的性质和用途叙述错误的是()A水玻璃是硅酸钠的水溶液，是混合物B在建筑工地上可用作黏合剂C木条或滤纸条浸过水玻璃后，具有防腐蚀性能且不易着火D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【答案】D【解析】水玻璃在空气中容易吸收空气中的CO2，生成H2SiO3而变质。,细品教材1传统的硅酸盐产品陶瓷、玻璃和水泥是构成现代生活要素的最重要的无机非金属材料，它们都是以黏土等硅酸盐和其他无机原料在高温下加工而成的具有一些优良性能的工业产品。(1)水泥中加石膏的作用是调节水泥的硬化速度。(2)水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，与钢筋混合在一起就是钢筋混凝土。,(3)制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按114比例混合在一起得到的物质，因此其成分表示为Na2OCaO6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。(4)玻璃不属于晶体，没有固定的熔点，只在一定范围内软化后熔化，称为玻璃态物质。,特别提示：普通玻璃：呈淡绿色，含二价铁。有色玻璃：蓝色玻璃是普通玻璃中加入了Co2O3，红色玻璃是加入Cu2O。变色玻璃：普通玻璃中加入了AgI、AgBr等。光学玻璃：普通玻璃中加入PbO2。钢化玻璃：经普通玻璃熔化后快速冷却制成，与普通玻璃的成分相同。石英玻璃：石英熔化制成。,2新型陶瓷如高温结构陶瓷(工程陶瓷)、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，都是人们在继承传统硅酸盐陶瓷的基础上发展创新，研制出的组成各异、性能独特的新型陶瓷。3其他特殊功能的含硅物质如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、硅橡胶、分子筛等。,4无机非金属材料包括了传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品；新型陶瓷如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。,-1-,看一看,你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗,-1-,5、硅酸盐工业产品,传统硅酸盐工业三大产品有：玻璃、陶瓷、水泥。,练习1.下列说法正确的是（）A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应D.将石棉（CaMg3Si4O12）化学式改写成氧化物的形式：3(MgOCaO)4SiO2,A,-1-,科学视野,新型陶瓷,人造关节,-1-,高压钠灯,高温结构陶瓷1.氧化铝陶瓷,-1-,陶瓷机械零件,典例精析【例3】下列物质中，不含有硅酸盐的是()A水玻璃B硅芯片C黏土D普通水泥【解析】水玻璃中含有硅酸钠，普通水泥中含有硅酸钙，黏土含有复杂的硅酸盐，硅芯片中含的是硅单质。【答案】B,请回答下列问题：(1)下列属于新型无机非金属材料的是()A高强度水泥B钢化玻璃C氧化铝陶瓷D光导纤维(2)磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制成人造骨骼，这是利用这类材料的()A耐高温特性B电学特性C光学特性D生物功能,CD,D,【解析】(1)水泥、玻璃属于硅酸盐材料，是传统无机非金属材料。(2)新型无机非金属材料的四种特性不一定是这类材料的共性，不同的材料具有不同的特性。【答案】(1)CD(2)D【点拔】区分传统的无机非金属材料和新型的无机非金属材料，分析新型无机非金属材料的四种特性及其应用进行判断。,细品教材1物理性质和重要用途硅有和两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有固体，很高，硬度大。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的材料。晶体硅的用途广泛。晶体硅可以用来制造，同时是各种计算机、微电子产品的核心。,晶体硅,无定形硅,金属光泽硬而脆的,熔点、沸点,半导体,晶体管和光电池,硅芯片,5.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,硅太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,三、硅单质,1、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。,2、物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。,3、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼,导电性介于导体和绝缘体之间。,Si+O2=SiO2,-1-,在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。,常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。,Si2F2SiF4Si4HFSiF42H2,Si2NaOHH2ONa2SiO32H2,SiO2SiO2,4、制法,SiO2+2C=Si+2CO,高温,硅单质,3硅的工业制法,典例精析【例4】下列关于硅的说法中，不正确的是()A硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应,C,(2009广东理基22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABCD【答案】C,-1-,工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅SiO22CSi(粗)2CO，又能跟氯气反应经提纯得到SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：Si(粗)2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si(纯)4HCl。根据以上反应回答下列问题：（1）反应中焦炭做（）A.还原剂B.氧化剂C.二者都不是（2）反应属于（），反应属于（）A.化合反应B.分解反应C.氧化还原反应D.非氧化还原反应E.置换反应,4、硅的工业制备课后练习81页,A,AC,CE,课堂练习,C,3.在既能溶解金属氢氧化铝又能溶解二氧化硅的无色溶液中，能大量共存的是()A.Na+、Al3+