无机非金属材料的主角-硅(全套课件)

1、第一节 (3课时）无机非金属材料的主角硅学习目标学习目标1 1、了解二氧化硅的存在、结构、性质及用途、了解二氧化硅的存在、结构、性质及用途2 2、了解硅酸的制法、性质及用途、了解硅酸的制法、性质及用途3 3、硅的结构、性质、制法、用途、硅的结构、性质、制法、用途4 4、硅酸盐的性质及用途、硅酸盐的性质及用途重难点：二氧化硅和硅酸的化学性质重难点：二氧化硅和硅酸的化学性质1 、硅的原子结构硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有硅原子和碳原子的最外电子层均有4个个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。一一、硅单

2、质硅单质Si+148 42 +642C自然界中有无游离态的硅自然界中有无游离态的硅? ?自然界不存在游离态硅。自然界不存在游离态硅。硅是一种亲氧元素，硅是一种亲氧元素，主要以高熔点的主要以高熔点的SiO2及硅酸盐的形式存在。及硅酸盐的形式存在。硅太阳能电池2、硅的存在形式、硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子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、约占地壳总量的和土壤、约占地壳总量的90%90%以上。以上。碳碳统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。硅硅统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。统治无机矿物界

3、：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。自然界不存在游离态硅。自然界不存在游离态硅。硅是一种亲氧元素，硅是一种亲氧元素，主要以高熔点的主要以高熔点的SiO2及硅酸盐的形式存在于自然界。及硅酸盐的形式存在于自然界。2、物理性质：、物理性质：1、存在形式、存在形式晶体硅无定形硅硅有晶体硅和无定形硅两种硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。光泽、硬而脆的固体。晶体硅的结构类似于金刚石，熔点晶体硅的结构类似于金刚石，熔点(1410)和沸和沸点都很高，硬度大。点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。3、硅的晶体结构：每个

4、硅原子通过4个共用电子对与周围4个硅原子连接，成正四面体结构，向空间延伸，形成空间网状结构。4、化学性质、化学性质你能根据硅的原子结构推你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学测硅单质可能具有的化学性质性质在高温条件下，单质硅能与在高温条件下，单质硅能与O2和和Cl2等非金属等非金属单质反应。单质反应。常温下化学性质不活泼，只能跟常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和和 NaOH溶液反应。溶液反应。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2硅单质的化学性质硅单质的化学性质高温下，具有强还原性Si+O2 SiO2Si+CSiC （金刚砂)高温高温

5、Si + 2FeO SiO2 + 2Fe高温高温Si+2Cl2SiCl4工业上，用工业上，用焦炭在高温下焦炭在高温下还原石英砂可还原石英砂可制得粗硅制得粗硅，又又能跟氯气反应能跟氯气反应经提纯得到经提纯得到 SiCl4后再用后再用氢气还原制得氢气还原制得纯硅：纯硅：5、硅的工业制备、硅的工业制备硅单质硅单质SiO22CSi(粗粗)2CO Si(粗粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯纯)4HCl （1）反应中焦炭做（）反应中焦炭做（ ）A.还原剂还原剂 B.氧化剂氧化剂 C.二者都不是二者都不是（2）反应）反应 属于（属于（ ），反应），反应 属于（属于（ ）A.化合反应化合反应 B

6、.分解反应分解反应 C.氧化还原反应氧化还原反应 D.非氧化还原反应非氧化还原反应 E.置换反应置换反应AACCESiO22CSi(粗粗)2CO Si(粗粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯纯)4HCl 根据以下反应回答下列问题：根据以下反应回答下列问题：6、用途：太阳能电池、用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新星探测器等动力设备新能源。能源。硅太阳能电池硅太阳能电池硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心硅单质硅单质（1）制集成

7、电路、晶体管、硅整流器等半导体材料（2）含硅4%的钢可制变压器铁芯（3）含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiO2）（1） SiO2的存在形态的存在形态无定形（硅藻土）无定形（硅藻土）玛瑙玛瑙水晶水晶水晶水晶玛瑙玛瑙( (无色透明无色透明) )( (彩色环带或层状彩色环带或层状) )硅石硅石结晶形结晶形沙子沙子（2）二氧化硅的晶体结构）二氧化硅的晶体结构CO2的晶体结构的晶体结构SiO2的晶体结构的晶体结构 SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按1:2的比例所组成的立体网状结构的的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此，通常用晶体

8、。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。来表示二氧化硅的组成。 SiO2不是不是分子式，而是化学式分子式，而是化学式（晶体中原子个数最简单的整数比）（晶体中原子个数最简单的整数比）。【SiO4】四面体结构四面体结构 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维光导纤维石英坩埚石英坩埚玻璃仪器玻璃仪器精美瓷器精美瓷器 根据根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：的存在和应用，请你分析以下问题： SiO2具有哪些物理

9、性质？化学稳定性如何？你的根据是具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？什么？SiO2的这些性质是由什么决定的？的这些性质是由什么决定的？思考与交流：思考与交流：物理性质：物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。化学性质很稳定，不活泼。 原因：原因：SiO2的这些性质主要与它的结构有关，的这些性质主要与它的结构有关， SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。酸性氧化物酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+ CaO = CaSiO3

10、（3）化学性质）化学性质: 高温高温 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？么用橡胶塞而不用玻璃塞？ 因为碱液会跟玻璃塞中的因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成反应，生成的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。 硅酸钠，水溶液俗硅酸钠，水溶液俗名名“水玻璃水玻璃”，具有，具有黏性，可用作粘合剂，黏性，可用作粘合剂，也可用来制备硅胶和也可用来制备硅胶和木材防火剂等。木材防火剂等。与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2OCO2+ CaO = CaCO3 CO

11、2 + 2NaOH = Na2CO3 +H2OCO2 + H2O = H2CO3CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3CO2+ C = 2CO SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸。不溶于水，不能与水反应生成硅酸。与与C的反应的反应 SiO2+ 2C = Si + 2CO 高温高温与某些盐的反应与某些盐的反应 SiO2+ Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高温高温 SiO2+ CaCO3 = CaSiO3 + CO2 高温高温反应原理：高沸点物质制低沸点物质。反应原理：高沸点物质制低沸点物质。 HF是唯一可以与是唯一可以与SiO2 发生反应的酸，此反应用来雕发生

12、反应的酸，此反应用来雕刻玻璃。刻玻璃。SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O与与HF的反应（的反应（ SiO2的特性）的特性）2 2、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 不能。不能。HF能腐蚀玻璃，要用塑料能腐蚀玻璃，要用塑料瓶装，制取瓶装，制取HF也不能用玻璃器皿也不能用玻璃器皿而要用铅皿。而要用铅皿。 1、某同学根据、某同学根据SiO2既可与氢氧化钠反应，也能与氢既可与氢氧化钠反应，也能与氢氟酸反应，推断氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物。是否正确为两性氧化物。是否正确? 不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应

13、，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。般的酸反应，只是属于酸性氧化物。【思考与交流思考与交流】特性：与特性：与HF反应反应用途：玻璃中含有用途：玻璃中含有SiO2, ,可用氢氟酸刻蚀玻璃。可用氢氟酸刻蚀玻璃。2 2、SiO2的用途的用途: :装饰品装饰品石英坩埚石英坩埚光导纤维光导纤维石英钟表石英钟表耐磨器皿耐磨器皿建筑材料（沙子）建筑材料（沙子）SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO CaSiO3高温高温 有粘性有粘性 小结：小结：性质比较性质比较: :2、 硅酸硅酸（ H2SiO3 ）Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl（1 1）制备）制备实验

14、操作实验现象结论 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈_；滴入盐酸滴入盐酸_,有有_产生。产生。 Na2SiO3呈碱性呈碱性硅酸难溶于水硅酸难溶于水酸性：酸性：HCl H2SiO3 红色红色红色逐渐褪去红色逐渐褪去白色胶状物质白色胶状物质 思考：思考：如何制得硅酸？能用如何制得硅酸？能用SiO2与水反应制得吗？与水反应制得吗？ 由于由于SiO2不容于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其不容于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。它酸反应制得的。思考：怎样由二氧化硅制取硅酸？思考：怎样由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+CO2+H2O=H2Si

15、O3+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反应原理：强酸制弱酸反应原理：强酸制弱酸 思考：思考：如何如何分液漏斗、试管、导气管、双孔橡胶塞分液漏斗、试管、导气管、双孔橡胶塞稀稀HCl、大理石、大理石、 Na2SiO3溶液溶液、饱和、饱和NaHCO3溶液溶液药品：药品：主要仪器：主要仪器：实验装置图实验装置图实验步骤实验步骤现象现象结论结论Na2SiO3溶液溶液饱和饱和NaHCO3溶液溶液大理石大理石稀稀HClNa2SiO3+H2O+CO2H2SiO3+Na2CO3有白色胶状有白色胶状物质产生物质产生如图组装好装置，并检查其气密性；装好药品，打开分液漏斗上口玻璃塞，再拧开下面

16、的活塞，缓慢滴加稀HCl，观察现象。化学方程式：化学方程式：不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2弱酸性弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3（2）硅酸的性质）硅酸的性质（3）硅胶硅胶制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “硅胶硅胶”用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶硅胶多孔，吸附水份能力强，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。装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。逐渐聚合逐渐聚合干燥脱水干燥脱水小结、二氧化

17、硅小结、二氧化硅1、可分为晶体(石英和水晶)和无定形(硅藻土)，统称为硅石2、晶体结构晶体中每个硅原子通过共价键与周围4个氧原子结合成正四面体形结构单元,每个硅原子与两个氧原子连接, 形成一种空间网状结构，是原子晶体。3、物理性质硬度大,熔点高,难溶于水4、化学性质：（1）酸性氧化物的通性：与碱性氧化物反应：SiO2+CaO=CaSiO3与强碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与盐反应：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 不与水反应 ：SiO2+H2OH2SiO3（2）特性：与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O5、用途制光导纤维石英玻璃制化学仪器石英表、

18、石英钟水晶制光学仪器和工艺品玛瑙制精密轴承和装饰品种类繁多，结构复杂，用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成二、硅酸盐如Na2SiO3Na2OSiO2K(Al2Si3O10)(OH)2 K2O2Al2O36SiO22H2O1、Na2SiO3俗名：水玻璃、泡花碱俗名：水玻璃、泡花碱具有黏合作用，并可作防火剂具有黏合作用，并可作防火剂Na2SiO35H2O大苏打、海波，照相工业用作定影剂大苏打、海波，照相工业用作定影剂将下列天然硅酸盐改写成氧化物的形式：将下列天然硅酸盐改写成氧化物的形式：(1)石棉石棉CaMg3Si4O12_。(2)绿柱石绿柱石Be3Al2Si6O18_。(3)白云母白云母H4K2Al6Si6O24_。(4)翡翠翡翠NaAlSi2O6_。用氧化物正确表达硅酸盐的方法是用氧化物正确表达硅酸盐的方法是：_2、硅酸盐工业（阅读课文）玻璃、水泥、陶瓷