《第一节_无机非金属材料的主角——硅》PPT课件

1、第四章 非金属及其化合物硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中在地壳中的含量的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳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、约中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的占地壳总量的90%90%以上。以上。 1、存在：没有游离态，只有化合态、存在：没有游离态，只有化合态2、分布：自然界中分布广泛，在地、分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成壳中居第二位，仅次

2、于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。矿物和岩石的基本元素。一、硅单质一、硅单质SiSi最外层电子数是最外层电子数是4 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？思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？：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我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？它相同？+142 8 43、原子结构、原子结构6 6、硅的工业制法、硅的工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4(l) SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温太阳能电池大规模集成电路硅

3、的用途非常广泛，可用来制造集硅的用途非常广泛，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，制体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片 在美国旧金山，有个最大的高在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为科技工业园区，称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。起着非常重要作用。以硅为基础而以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在硅在电子

4、工业电子工业中重要作用中重要作用二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅矿山二氧化硅的存在二氧化硅的存在一、二氧化硅一、二氧化硅二氧化硅二氧化硅晶体晶体( (石英石英) )水晶水晶玛瑙玛瑙硅石硅石( (天然天然) )结晶形结晶形无定形无定形水晶水晶玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙SiOSi，4.化学性质化学性质 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O 不能与水反应不能与水反应练习：练习：1地壳中含量第一和第二的两种元地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是素所形成的化合物不具有

5、的性质是A熔点很高熔点很高 B与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸C坚硬坚硬 D可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 2下列物质中，主要成分不是下列物质中，主要成分不是SiO2的是的是A金刚砂金刚砂 B玛瑙玛瑙 C水晶水晶 D石英石英BA( )( )3 3、实验室现提供下列试剂瓶、实验室现提供下列试剂瓶, , 细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细口塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品? ?依据是什么依据是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d._ d.

6、氢氟酸氢氟酸_ _e.e.浓硫酸浓硫酸_二氧化硅的存在二氧化硅的存在二、二氧化硅二、二氧化硅二氧化硅的结构二氧化硅的结构.4.化学性质化学性质高温高温高温高温高温高温5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途由于由于SiO2具有优良的物理化学性能加具有优良的物理化学性能加上上SiO2在自然界的广泛存在，因此从在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。古到今都被人类广泛地应用。光学纤维胃镜光学纤维胃镜 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙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

7、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。 二二.硅酸硅酸 (H2SiO3)1、制备、制备:可溶性硅酸盐（如可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应与酸反应（1）Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2）酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱. H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加热加热Na2SiO3 + H2O + CO

8、2 = Na2CO3 + H2SiO3三、硅单质三、硅单质（Si）2、物理性质：、物理性质：3、化学性质、化学性质有金属光泽的灰黑色固体，熔点有金属光泽的灰黑色固体，熔点 高，硬度大。高，硬度大。1、存在形式、存在形式晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质学性质在高温条件下，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 Si2NaOH

9、H2ONa2SiO32H2SiO2 SiO2工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅SiO22CSi(粗粗)2CO ，又能跟氯气反，又能跟氯气反应经提纯得到应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：后再用氢气还原制得纯硅：Si(粗粗)2Cl2SiCl4 ，SiCl42H2Si(纯纯)4HCl。根据以上反应回答下列问题：。根据以上反应回答下列问题：（1）反应）反应中焦炭做（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.分解反应分

10、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4、硅的工业制备、硅的工业制备AAE5、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、微电子产品的核心四、硅酸盐1、定义：、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、性质：、性质：硅酸盐种类很多，大多数难溶于

11、水，最常见的硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO33、表示方法：、表示方法：（1）化学式法：）化学式法： 适用于简单的硅酸盐如：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、 CaSiO3等。等。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。氧水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。原子个数守恒原则配置系数。硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙：硅酸钙：CaSiO3 CaOSiO2高岭石

12、：高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正长石：正长石：KAlSi3O8不能写成不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成应写成K2OAl2O36SiO2（2）氧化物法：）氧化物法：4、硅酸盐在自然界的转化、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硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后侵蚀后,逐渐风化分解逐渐风化分解,生成的可溶物质随雨水流入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，能吸收其表面巨大且一般带负电，能吸收NH4+，K等营养等营

13、养离子，从而具有保肥能力。离子，从而具有保肥能力。硅酸盐是如何具有保肥能力的？硅酸盐是如何具有保肥能力的？5、硅酸钠（、硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水硅酸钠是白色固体，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一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。火剂。阅读课本阅读课本P65并并探究实验探究实验4-2 水分蒸发后燃烧水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃烧水分蒸干后不燃烧硅酸钠能防火硅酸钠能防火水不能防火水不能防火（1）、硅酸钠的物理性质）、硅酸钠的

14、物理性质硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？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：为发生下列反应：（2）、硅酸钠化学性质）、硅酸钠化学性质 硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，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。不易被腐蚀，热稳定性好。Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3（3）、用途）、用途可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的可以作肥皂填料，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黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂与

15、盐反应与盐反应与酸反应与酸反应Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl（1）玻璃）玻璃原料：纯碱、石灰石、石英原料：纯碱、石灰石、石英设备：玻璃窑设备：玻璃窑条件：高温熔融条件：高温熔融主要反应：主要反应：主要成份：硅酸钠、硅酸钙、主要成份：硅酸钠、硅酸钙、高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 高温5、硅酸盐工业产品、硅酸盐工业产品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化熔化再急速冷却急速冷却（2）水泥）水泥原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石

16、膏设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑条件：煅烧条件：煅烧主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等酸三钙等（3）陶瓷）陶瓷原料：黏土原料：黏土条件：高温烧结条件：高温烧结描述景德镇的描述景德镇的陶瓷有这样一陶瓷有这样一句话句话: :薄如纸薄如纸, ,声声如磬如磬, ,色如色如玉玉. .硅酸盐产品简介 新型新型无机非金属材料的优点：无机非金属材料的优点：1、能承受高温，强度高、能承受高温，强度高2 2、具有电学特性、具有电学特性3 3、具有光学特性、具有光学特性4 4、具有生物功能、具有生物功能具有特殊功能的含硅物质具有特殊功能的含硅物质1.碳化硅（碳化硅（SiC俗称

17、金刚砂俗称金刚砂），具有金刚），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。的磨料。2. 硅硅 钢钢 高导磁性高导磁性 用作变压用作变压器铁芯器铁芯4.分子筛分子筛吸附剂、催化剂吸附剂、催化剂 具有均匀微具有均匀微孔结构的铝孔结构的铝硅酸盐硅酸盐3.硅橡胶硅橡胶良好的弹性良好的弹性新型无机非金属材料之一：新型无机非金属材料之一：高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨1.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是( ) A.Na2CO310H2O B.水泥水泥

18、C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.普通玻璃普通玻璃3.下列物质有固定熔点的是（）下列物质有固定熔点的是（）A.水泥水泥 B.玻璃玻璃C.Na2OSiO2 D.水玻璃水玻璃 2.下列叙述正确的是下列叙述正确的是( )A.酸均不能与酸性氧化物反应酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同ABDC1要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最杂质，最适宜的试剂是适宜的试剂是 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2在一定条件下，下列物质不能与二氧化在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是硅反应的是焦炭焦炭 纯碱纯碱 碳酸钙碳酸钙 氢氟酸氢氟酸 浓硝酸烧碱溶液浓硝酸烧碱溶液 氧化钙氮气氧化钙氮气A B C D课堂小测课堂小测3将过量的将过量的CO2分别通入分别通入 CaCl2溶液；溶液； Na2SiO3溶液；溶液； Ca(OH)2溶液；溶液； 饱和饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是的是A B C D 4、 高岭土是制造