第四章-第一节-无机非金属材料的主角-硅-1课时-课件

1、第四章第四章 非金属及其化非金属及其化 合物合物 第第一节无机非金属材料的主角一节无机非金属材料的主角硅硅 学习目标： 1.了解硅的物理性质、化学性质了解硅的物理性质、化学性质。 2.了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作 为无机非金属材料的特性及其用途为无机非金属材料的特性及其用途。 3.了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、 性能和用途。性能和用途。 学习重难点学习重难点 1、硅的物理性质、化学性质 2、二氧化硅的性质及应用 3、硅酸及硅酸盐的性质 新课导入新课导入：从以下图片中找出它们所含 的共同元素 画出碳和硅

2、的原子结构示意图画出碳和硅的原子结构示意图 结论：硅与碳结构相似结论：硅与碳结构相似，化学性质也相似，在，化学性质也相似，在反应中，硅反应中，硅 既不容易失去电子，也不容易得到电子，主要形成四价的既不容易失去电子，也不容易得到电子，主要形成四价的 共价化合物共价化合物。 C60 碳的单质碳的单质 石墨石墨 金刚石金刚石 硅的氧化物及硅酸盐硅的氧化物及硅酸盐 硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，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，约占地壳质量的90%以上。硅是无机非金属材 料的主角。 主要存在形式：碳主要存在形式：碳石灰岩、碳酸盐、碳的氧化物，碳有石灰岩、碳酸盐、碳的

3、氧化物，碳有 单质状态单质状态 硅硅氧化物、硅酸盐，硅无单质状态氧化物、硅酸盐，硅无单质状态 Si是一种亲氧元素，所以在自然界它总是与氧相互是一种亲氧元素，所以在自然界它总是与氧相互 化合以化合态的形式存在化合以化合态的形式存在 一、二一、二氧化硅（氧化硅（SiO2） SiO2是硅最重要的化合物。地球上存在的天然 二氧化硅约占地壳质量的12%，其存在形态有结晶结晶 形形和无定形无定形两大类，统称硅石硅石。 （1）存在形式：）存在形式： 自然界自然界 中的中的 SiO2 水晶水晶 石英砂石英砂 玛瑙玛瑙 石英石英 沙子沙子 Si O （2 2）二氧化硅）二氧化硅的结构的结构. SiO2 （3 3

4、）二氧化硅的物理性质）二氧化硅的物理性质 熔点高，硬度大，不溶于水熔点高，硬度大，不溶于水 不能不能与水反应生成硅酸。与水反应生成硅酸。 （4 4）二氧化硅的化学性质）二氧化硅的化学性质 SiO2 稳定性稳定性 酸性氧化物的酸性氧化物的 性质性质 特性与特性与HF反反 应应 不与水、一般的酸不与水、一般的酸 反应反应 +CaO +NaOH SiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+4HF=SiF4+2H2O 用于刻蚀玻璃用于刻蚀玻璃 实验室不能将氢氟酸保存玻璃瓶中，应存放实验室不能将氢氟酸保存玻璃瓶中，应存放 在塑料瓶中在塑料瓶中 (5)

5、二氧化硅二氧化硅的用途：的用途： 光导纤维制成的工艺品光导纤维制成的工艺品 SiO2是工业上制取硅的原料是工业上制取硅的原料。 SiO22C Si2CO 高温 物物 质质二氧化硅二氧化硅(SiO(SiO2 2) )二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2) ) （6）化学性质：化学性质：SiO2与与CO2的比较（两者都属于酸性氧化物）的比较（两者都属于酸性氧化物） 222 2223 2232 2223 高温高温 高温高温 高温高温 与碱性氧化物与碱性氧化物 反应反应 与水反应与水反应 与碱反应与碱反应 与酸反应与酸反应 与碳反应与碳反应 与盐反应与盐反应 232232 高温高温 232223 23

6、强酸制弱酸强酸制弱酸 练习：练习：要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂杂质，最适宜的试剂 是是 ( ) A.纯碱溶液纯碱溶液 B. 盐酸盐酸 C.硫酸硫酸 D.苛性钠溶液苛性钠溶液 B 二、二、硅酸（硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的对应水化物（的对应水化物（ SiO2 是是H2SiO3的酸酐），是一种不溶性酸，的酸酐），是一种不溶性酸， 是一种白色固体，其酸性比是一种白色固体，其酸性比H2CO3还弱。还弱。 （2） 制取制取(较强酸制较弱酸较强酸制较弱酸) （1）性质：）性质： H2SiO3 酸性酸性 酸性弱于酸性弱于H2CO3 不稳定性不稳定性

7、 H2SiO3=SiO2+H2O 实验实验4-1 向试管里加入35 mL Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞溶 液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色 变浅并接近消失时停止。静置。观察现象。 现象 结论 化学方程式 Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3 滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液由红色变滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液由红色变 浅至无色，同时有白色胶状物质产生。浅至无色，同时有白色胶状物质产生。 a、Na2SiO3溶液呈碱性；溶液呈碱性； b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的白色胶状白色胶状 沉淀沉淀硅

8、酸。硅酸。 思考思考: : 分析以上制取分析以上制取原理，若将原理，若将CO2通入通入 Na2SiO3溶液中溶液中 有何现象有何现象? Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 生成的H2SiO3逐渐聚合形成胶体溶液硅酸溶胶，硅酸 浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸 凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。 硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶 装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 (3)用途用途 浓度小时浓度小时硅酸溶胶硅酸溶胶 浓度大时浓度大时 硅酸凝胶硅酸凝胶 干燥脱水干燥脱水 硅胶硅胶 干燥剂干燥剂

9、催化剂载体催化剂载体 二、二、硅酸盐硅酸盐 硅酸盐是由硅、氧和金属硅、氧和金属组成的化合物的总称。是一大类结构复杂的固 态物质，大多不溶于水不溶于水，化学性质稳定。 最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗 称 ，是制备硅胶和木材防火剂的原料。 水玻璃 实验4-2 取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之 充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别放置在酒精灯外 焰处。观察现象。 放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液 现象 结论 水分蒸发后，燃烧 水没有防火的功能 水分蒸发后，不易燃烧 Na2SiO3溶液有防火的功能 资料卡片 1、硅硅

10、酸盐组成的表示酸盐组成的表示 硅酸盐种类繁多，结构复杂、组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物 的组合形式表示其组成。 物质化学式氧化物表示形式 硅酸钠Na2SiO3Na2OSiO2 石棉CaMg3Si4O12 长石KAlSi3O8 普通玻璃的大致组成：Na2OCaO6SiO2 水泥的主要成分：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3 黏土的主要成分：Al2O32SiO22H2O CaO3MgO 4SiO2 K2OAl2O36SiO2 2、用氧化物的形式表示硅酸盐、用氧化物的形式表示硅酸盐 写出该硅酸盐中所有氧化物写出该硅酸盐中所有氧化物 除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒

11、原则除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则 配置化学计量数配置化学计量数 氧化物放置顺序：氧化物放置顺序： .活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水，水， .低价金属氧化物低价金属氧化物高价金属氧化物高价金属氧化物二氧化硅二氧化硅水，水， 例：例：石棉（石棉（ CaMg3Si4O12 ） （1）方法：）方法： （2）注意）注意 氧化物之间以氧化物之间以“”隔开，化学计量数配置若出现隔开，化学计量数配置若出现 分数应化为整数分数应化为整数 例如：例如：长石长石KAlSi3O8 在硅酸盐的氧化物的表示式中，氧化物前面的化在硅酸盐的氧化物的表示式中，氧

12、化物前面的化 学计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起学计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起 作用作用 例如：例如：2MgO SiO2 陶瓷、玻璃、水泥等，是使用量最大的无机非金属材料。陶瓷、玻璃、水泥等，是使用量最大的无机非金属材料。 日常生活中用到的陶瓷陶瓷，主要是传统硅酸盐陶瓷。它们都是以黏黏 土土为原料，经高温烧结而成。 普通玻璃普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）为主要原 料，经混合、磨碎，在玻璃窑中熔融制得的。改变成分和生产工艺， 可以制得具有不同用途的玻璃。 水泥水泥以黏土和石灰石黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转 窑中

13、煅烧，再加入适量石膏，研成细粉就得到普通水泥。 2.传统无机非金属材料 SiO2 (1)玻璃和水泥： 玻璃玻璃水泥水泥 原料原料 设备设备 化学方程式化学方程式 复杂的物理、化复杂的物理、化 学变化学变化 主要成分主要成分3CaOSiO2、 2CaOSiO2、 3CaOAl2O3 主要性质主要性质具有水硬性具有水硬性 纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土 玻璃熔炉 水泥回转窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 无固定的熔点无固定的熔点 (2)陶瓷： 生产原料：_。重要性质：耐酸碱侵蚀 黏土 碳化硅（SiC，俗称金刚砂），具有金刚石结构，硬度很大， 含4%硅的硅钢具有很高的导磁性， 人工合成的硅

14、橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶， 人工制造的分子筛（一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐）， 可用作砂纸、砂轮的磨料。 主要用作变压器的铁芯。 主要用作吸附剂和催化剂的载体。 用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料。 三、硅单质三、硅单质 单质硅有晶体和无定形两种。晶体硅的结构现金刚石类似，它是带有 金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，在常温下化学性质 不活泼。 （1）常温下，硅能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应： Si2F2SiF4 Si4HFSiF4 2H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2 (2)加热时，能与O2、Cl2 、C反 应：Si O2 _ SiO2 Si+2C

15、l2 SiCl4 Si+C=SiC 高温 硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置。 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好 的半导体材料。半导体材料。 硅是将太阳能转化为电能的常用材料。利用高纯 硅的半导体性能，可以制成光电池光电池，将光能直接转化 为电能。 阅读教材P107至P108，完成以下问题： 1半导体材料 特指导电能力介于_和_之间的一类材料，最 早使用的半导体材料是_，现在使用最广泛的半导体材 料是_。 2硅的存在 在地壳里，硅的含量仅次于_，全部以_态存在，主 要存在形式为二氧化硅和_。 3单质硅 (1)物理性质： 颜色颜色光泽光泽熔点熔点质地质地导电性导电性 有有_光泽

16、光泽 灰黑色 金属 很高硬而脆半导体 导体绝缘体 锗 硅 氧化合 硅酸盐 小结：小结： 一、二氧化硅和硅一、二氧化硅和硅酸酸 1、二氧化硅的物理性质、化学性、二氧化硅的物理性质、化学性质质 2、硅酸的化学性质及制、硅酸的化学性质及制取取 二、硅酸盐和单晶二、硅酸盐和单晶硅硅 1、硅酸盐的组成和性、硅酸盐的组成和性质质 2、单晶硅的性质和用途、单晶硅的性质和用途 试剂试剂 二氧化硅二氧化硅 氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 氢氟酸氢氟酸 浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶 细口磨口塞细口磨口塞 广口瓶广口瓶 细口塑料瓶细口塑料瓶 细口橡皮塞细口橡皮塞 1、 实验室有五种试剂，根据它们各自的性质，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。瓶和所装试剂之间进行连线。 2、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） ASiO2