高中化学必修《硅》

1、LOGOLOGO 高中化学必修硅 第四章 非金属及其化合物 LOGOLOGO 高中化学必修硅 第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角 硅硅 你知道美国的硅谷吗？你知道美国的硅谷吗？ Silicon vally LOGOLOGO 高中化学必修硅 Si元素在地壳中的含量排在第几位？元素在地壳中的含量排在第几位？ LOGOLOGO 高中化学必修硅 在地壳中硅的含量为在地壳中硅的含量为26.3%26.3%，仅次于，仅次于氧氧。 硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分 的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的 90%90%以上。在无

2、机非金属材料中，硅一以上。在无机非金属材料中，硅一 直扮演中主要角色直扮演中主要角色 LOGOLOGO 高中化学必修硅 原子结构原子结构 思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉：硅原子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？的哪种元素最外层电子数与它相同？ Si 最外层电子数是最外层电子数是4，碳也是。，碳也是。 思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？：碳、硅原子主要显几价？ 正四价（+4价） 碳碳是构成有机物是构成有机物 的主要元素的主要元素 硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许 多矿物的主要元素多矿物的主要元素 Si在自然界中没有 游离态的形式存在 LOG

3、OLOGO 高中化学必修硅 （1 1）存在形式：）存在形式： 一、二氧化硅一、二氧化硅 SiO2 地球上存在的天然二氧化硅约占地壳 质量的 ，其存在形态有 和 12 结晶型 无定形 LOGOLOGO 高中化学必修硅 结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体） 无定形无定形硅藻土硅藻土 水晶水晶 玛瑙玛瑙 1 1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiOSiO2 2 ） ） (1)(1)存在存在: : 天然的天然的SiOSiO2 2称为硅石称为硅石 硅石硅石 无色透明无色透明 彩色环带或层状彩色环带或层状 水晶水晶 玛瑙 LOGOLOGO 高中化学必修硅 水晶水晶 LOGOLOGO 高中化学必修硅 玛玛 瑙瑙

4、玛瑙玛瑙 LOGOLOGO 高中化学必修硅 Si O 结构结构. SiO2 原子晶体原子晶体 LOGOLOGO 高中化学必修硅 Si O SiO2是正四面体的空间网状结构，是正四面体的空间网状结构， 因此性质很稳定因此性质很稳定 LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 表示二氧化碳分表示二氧化碳分 子及其组成子及其组成 表示二氧化硅晶体中表示二氧化硅晶体中 硅氧原子个数比硅氧原子个数比 气气 态态 固固 态态 很小很小很大很大 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水 很很 低低 很很 高高 二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比 都属酸性氧化物都属酸性氧化物 水水 溶溶 性性

5、LOGOLOGO 高中化学必修硅 活动与探究 为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质 有这有这么么大的差别？大的差别？ 是结构上的不同是结构上的不同 LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 4 4、化学性质（不活泼）：、化学性质（不活泼）： （a a）常温与氢氟酸（）常温与氢氟酸（SiOSiO2 2很不活泼，很不活泼，HFHF是唯一能跟是唯一能跟 其反应的酸）其反应的酸） 玻璃中含有SiO2，所以可以用，所以可以用HF来刻蚀玻璃来刻蚀玻璃 SiO2 不溶于水，不与水反应 LOGOLOGO 高中化学必修硅 高温 （b)b)酸性氧化物酸性氧化物

6、的特性：的特性： 与与碱性氧化物碱性氧化物反应反应 与与强碱强碱反应：反应： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与与某些盐某些盐反应：反应： SiO2 + CaO = CaSiO3 高温 （有粘性，其溶液俗称水玻璃）有粘性，其溶液俗称水玻璃） 高温 SiO2既能跟酸 反应，又能跟 碱反应，但不是 两性氧化物 注意： LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 高温高温 高温高温 高温高温 不反应 CO2+H2O=H2CO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+CaO= CaSiO3 CO2+CaO

7、= CaCO3 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反应 SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO LOGOLOGO 高中化学必修硅 5 5、用途、用途 由于由于SiOSiO2 2具有优良的物理化学性能加上具有优良的物理化学性能加上SiOSiO2 2在自然界的广在自然界的广 泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。 LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 石英制品 LOGOLOGO 高中化学必修硅 用用光导纤维光导纤维做做 无开刀手术无开刀手术 光导纤维手术头灯光导纤维手术头灯 通信用光缆 光学纤维胃镜 LOGO

8、LOGO 高中化学必修硅 水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙 LOGOLOGO 高中化学必修硅 二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。 制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于 通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大， 一对光纤上可同时传送一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。 LOGOLOGO 高中化学必修硅 练习练习 下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的下列几种物质其

9、主要成分不是二氧化硅的 是（是（ ） 红宝石红宝石 玛瑙玛瑙 钻石钻石 石英晶体石英晶体硅硅 石石 水晶水晶 大理石大理石 金刚砂金刚砂 硅藻硅藻 土土 光导纤维光导纤维 LOGOLOGO 高中化学必修硅 二.硅酸 (H2SiO3) 制备制备: : 可溶性硅酸盐可溶性硅酸盐（如（如Na2SiO3）与酸反应与酸反应 LOGOLOGO 高中化学必修硅 2 2、用、用H H2 2COCO3 3也可制得也可制得H H2 2SiOSiO3 3 ，可证明，可证明H H2 2SiOSiO3 3 的酸的酸 性比性比H H2 2COCO3 3弱。弱。 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2

10、SiO3（胶体） （胶体） Na2SiO3 + H2O + CO2 （适量） （适量）= Na2CO3 + H2SiO3（胶体）（胶体） 一、制备方法 1 1、可溶性硅酸盐、可溶性硅酸盐（如（如NaNa2 2SiOSiO3 3）与酸反应与酸反应 SiO32- + 2H+= H2SiO3（胶体） （胶体） LOGOLOGO 高中化学必修硅 硅酸是一种硅酸是一种白色粉末状白色粉末状的的固体固体，它的溶解度它的溶解度 小；是一种弱酸，不能使指示剂变色小；是一种弱酸，不能使指示剂变色 2、物理性质 硅酸凝胶硅酸凝胶 经干燥脱水后经干燥脱水后 得到多孔的硅得到多孔的硅 酸干凝胶，称酸干凝胶，称 为为“硅

11、胶硅胶”。 LOGOLOGO 高中化学必修硅 3 3、硅酸化学性质硅酸化学性质 与强碱发生中和反应与强碱发生中和反应 不稳定（比不稳定（比H H2 2COCO3 3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O LOGOLOGO 高中化学必修硅 三、硅酸盐 硅酸盐是由硅、氧和金硅酸盐是由硅、氧和金 属元素组成的化合物的总称属元素组成的化合物的总称 LOGOLOGO 高中化学必修硅 最简单的硅酸盐是硅酸钠最简单的硅酸盐是硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗称），俗称泡花碱；泡花碱； 其水溶液俗

12、称为其水溶液俗称为水玻璃水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂等。，可用作肥皂填料、木材防火剂等。 放入蒸馏水放入蒸馏水 现象现象 结论结论 放入放入Na2SiO3溶液溶液 水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧 水份蒸发后，水份蒸发后， 失去防火作用失去防火作用 防火效果好防火效果好 用作防火剂用作防火剂 P77 实验实验4-2 2、硅酸钠 Na2SiO3 LOGOLOGO 高中化学必修硅 花岗岩 LOGOLOGO 高中化学必修硅 长长 石石 LOGOLOGO 高中化学必修硅 云母石 LOGOLOGO 高中化学必修硅 滑滑 石石 LOGOLOGO 高中化学必修硅 石石 棉棉 LOGOLOGO 高中化学

13、必修硅 高岭土高岭土 LOGOLOGO 高中化学必修硅 粘土粘土 LOGOLOGO 高中化学必修硅 3 3 硅酸盐的表示方法硅酸盐的表示方法用用氧化物氧化物的形的形 式表示式表示 LOGOLOGO 高中化学必修硅 用氧化物形式表示硅酸盐的组成 硅酸钠硅酸钠Na2SiO3 _ _ 硅酸钙硅酸钙CaSiO3_ 高岭石高岭石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正长石正长石KAlSi3O8_ CaO SiO2 LOGOLOGO 高中化学必修硅 练习：练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐 石棉：石棉：CaMg3Si4O12 普通玻璃：普通玻璃： CaNa2Si6O14 钙

14、沸石：钙沸石：Ca(Al2Si3O10) 3H2O CaO3MgO4SiO2 CaONa2O6SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O LOGOLOGO 高中化学必修硅 4、硅酸盐工业、硅酸盐工业 4 4、硅酸盐工业、硅酸盐工业 LOGOLOGO 高中化学必修硅 原料： 条件： 黏土黏土 高温烧结高温烧结 LOGOLOGO 高中化学必修硅 景德镇陶瓷 LOGOLOGO 高中化学必修硅 原料：原料： 设备：设备： 条件：条件： 主要反应：主要反应： 主要成份：主要成份： 高温 高温 纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英 硅酸钠、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙、 高温熔融高温熔融 玻璃窑玻璃窑 L

15、OGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 加入了不同的金属氧化物金属氧化物 普通玻璃加热接近熔熔 化化再急速冷却急速冷却 LOGOLOGO 高中化学必修硅 原料：原料： 设备：设备： 条件：条件： 主要成份：主要成份： 水泥回转窑水泥回转窑 黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏 煅烧煅烧 硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙、硅酸二钙、 铝酸三钙等铝酸三钙等 硅酸三钙(3CaOSiO2) 硅酸二钙(2CaOSiO2) 混合物 铝酸三钙(3CaOAl2O3) LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 其它重要硅化物 nS

16、iC n硅钢硅钢（4硅） n硅橡胶硅橡胶 （金刚砂） LOGOLOGO 高中化学必修硅 传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥 新型无机非金属材料：新型无机非金属材料： 新型陶瓷新型陶瓷 高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等 LOGOLOGO 高中化学必修硅 1 1、存在形式、存在形式 自然界中没有游离态的硅，只有化合态自然界中没有游离态的硅，只有化合态 单质硅分为晶型和无定形单质硅分为晶型和无定形 2 2、分布、分布 自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于 氧。是

17、构成矿物和岩石的基本元素。氧。是构成矿物和岩石的基本元素。 LOGOLOGO 高中化学必修硅 单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构与金刚单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构与金刚 石类似，石类似，灰黑色、有金属光泽灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。、硬而脆的固体。 熔沸点高，硬度大，熔沸点高，硬度大，难溶于水。难溶于水。 硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种 重要的重要的半导体半导体材料。材料。 LOGOLOGO 高中化学必修硅 （1 1）与氟气反应：）与氟气反应： （2 2）与氢氟酸反应：）与氢氟酸反应： （3 3）与强碱溶液反应：）与强碱溶液

18、反应： （4 4）与氯气反应：）与氯气反应： （5 5）与氧气反应：）与氧气反应： Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2= SiCl4 Si+O2=SiO2 4、化学性质： 常温下反应 加热条件 LOGOLOGO 高中化学必修硅 5 5、硅的制备：、硅的制备： 反应的方程式：反应的方程式： SiO2+2C=Si+2CO 高温高温 工业上，用工业上，用碳在高温下还原二氧化硅碳在高温下还原二氧化硅的方法可制的方法可制 得含有少量杂质的粗硅。得含有少量杂质的粗硅。 制高纯度的硅（精硅）的方法：制高纯度的硅（精硅）的方

19、法： （1 1）用氯气提取粗硅中的硅）用氯气提取粗硅中的硅 （2 2）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅 高温 高温 （常温下呈液态） LOGOLOGO 高中化学必修硅 LOGOLOGO 高中化学必修硅 硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、 硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝 合金、铁合金等多种合金。合金、铁合金等多种合金。 硅硅 芯芯 片片 LOGOLOGO 高中化学必修硅 太阳能电池太阳能电池 大规模集成电路 LOGOLOGO 高中化学必修硅 在美国旧金山，有个最大的高科技工在美国旧金山，有个最大的高科技工 业园区，称之为业园区，称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子，它是现代电子 工业和计算机发展的基地。这说明硅在电工业和计算机发展的基地。这说明硅在电 子工业革命中起着非常重要作用。子工业革命中起着非常重要作用。以以硅硅为为 基础而制成的晶体管是计算机的心脏。基础而制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用 LOGOLOGO 高中化学必修