鲁科版 化学必修一4.1 硅 无机非金属材料(2课时)

1、第 1 1 节 硅 无机非金属材料授课人：王雅宁授课人：王雅宁淮北市第十二中学淮北市第十二中学（第一课时）普通高中课程标准实验教科书普通高中课程标准实验教科书 化学（必修化学（必修1 1） 第第4 4章章一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料原料丰富原料丰富美国硅谷美国硅谷硅硅在地壳中含量第二，硅的氧化物在地壳中含量第二，硅的氧化物及硅酸盐约占地壳质量的及硅酸盐约占地壳质量的90%以上以上硅的存在与分布硅的存在与分布v 存在：没有游离态，只有化合态存在：没有游离态，只有化合态v 分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。原料原

2、料SiO2产品产品 SiSi？还原剂还原剂SiO2 + 2C Si+2CO高高 温温晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅1. 1. 硅的制取：硅的制取：2. 2. 硅的物理性质：硅的物理性质：晶体硅晶体硅良好的半导体良好的半导体灰黑色，有金属光泽灰黑色，有金属光泽固体固体硬而脆硬而脆很高很高( (介于导体与绝缘体之间介于导体与绝缘体之间) )3. 3. 硅的化学性质：硅的化学性质：Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2F2=SiF4Si + 2Cl2 = SiCl4锦锦绣绣中中华华石英石英水晶紫水晶紫水晶黄水晶黄水晶茶水晶茶水晶蔷薇石英蔷薇石英玛瑙玛瑙

3、二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维SiOSiO2是由是由硅原子硅原子和和氧原子氧原子按按1:21:2的比例构成的的比例构成的SiO2硬度大，熔沸点高硬度大，熔沸点高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实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么溶液的试剂瓶有何不同？为什么 ？联想联想质疑质疑SiO2化学性质化学性质: :a.a.具有具有酸性氧化物酸性氧化物的通性的通性. .与碱反应：与碱反应： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与水反应与水反应. 与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应： SiO2 +

4、 CaO = CaSiO3高温高温硅酸钠硅酸钠硅酸钙硅酸钙缓慢缓慢b.b.常温下与常温下与氢氟酸氢氟酸反应反应SiO2化学性质化学性质: :SiO2+4HF=SiF4+2H2O四氟化硅四氟化硅美丽的玻璃雕花艺术美丽的玻璃雕花艺术光光导导纤纤维维光缆光缆高锟高锟（华裔物理学家）20092009年，因年，因“在纤维中在纤维中传送光以达成光学通传送光以达成光学通讯讯”的开拓成就，获的开拓成就，获得得诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖总结？总结？晶体晶体硅硅硅硅二氧化硅二氧化硅粗硅提纯：粗硅提纯： 将粗硅与将粗硅与Cl2在高温下反应，然后把产物蒸馏出在高温下反应，然后把产物蒸馏出后用氢气在高温下还原，可得到

5、高纯硅。后用氢气在高温下还原，可得到高纯硅。（杂质不与（杂质不与Cl2反应反应） 请根据所学知识和提示，写出粗硅提纯的相关请根据所学知识和提示，写出粗硅提纯的相关方程式。方程式。Si+2Cl2= SiCl4高温高温SiCl4+2H2 = Si+4HCl高温高温 迁移迁移应用应用 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 试剂瓶试剂瓶细口瓶，玻璃塞细口瓶，玻璃塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞细口瓶，橡皮塞 实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂选择适当的试剂瓶盛放。请在对

6、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。 迁移迁移应用应用 迁移迁移应用应用1制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是 ( ) A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C. 石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠2下列叙述正确的是下列叙述正确的是 ( )A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应BC第一一节 硅 无机非金属材料（第二课时）普通高中课程标准实验教科书

7、普通高中课程标准实验教科书 化学（必修一）化学（必修一）含硅矿物质含硅矿物质传统硅酸盐产品传统硅酸盐产品玻璃玻璃陶瓷陶瓷水水泥泥1.硅酸（硅酸（ H2Si03） 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。2.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）Na2SiO3的水溶液俗称的水溶液俗称“水玻璃水玻璃”，常用作粘合剂。，常用作粘合剂。往硅酸钠溶液中通入往硅酸钠溶液中通入CO2制得硅酸，反应方程为：制得硅酸，反应方程为：Na2SiO3 + CO2 + H2O= H2SiO3 + Na2CO3一一.硅酸及硅酸盐硅酸及硅酸盐3.硅酸盐硅酸盐（1）硅酸盐制品性质）硅酸盐制品性质 、

8、熔点、熔点 ，大都大都 于水。硅酸盐的组成比较复杂，常于水。硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。表示方法用氧化物的形式表示。表示方法:a.表示顺序为：活泼金属氧化物表示顺序为：活泼金属氧化物 较活泼金较活泼金属氧化物属氧化物 二氧化硅二氧化硅 水；水；b.氧化物之间用氧化物之间用“ ” 隔开；隔开；c.氧化物的系数若出现分数时应化为整数。氧化物的系数若出现分数时应化为整数。如:钾长石钾长石(KAlSi3O8):K2O Al2O3 6SiO2硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）Na2O. SiO2钠长石（钠长石（NaAlSi3O8)Na2O Al2O3 6SiO2稳定稳定较高较高 难溶难溶二

9、、无机非金属材料二、无机非金属材料材料材料无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷 高温结构陶瓷、生物陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维压电陶瓷、光导纤维 FeFe、CuCu、AlAl、合金等、合金等 硅酸盐工业之一硅酸盐工业之一 玻璃玻璃1. 玻璃玻璃生产原料：生产原料：纯碱、石灰石纯碱、石灰石(CaCO3)和石英和石英( SiO2)生产设备生产设备: 玻璃熔炉玻璃熔炉生产过程：生产过程：把材料粉碎并

10、按照适当比例混合把材料粉碎并按照适当比例混合 后，放入玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到后，放入玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到 普通玻璃。主要化学反应有：普通玻璃。主要化学反应有：CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2高温高温NaCO3 + SiO2 = NaSiO3 + CO2高温高温玻璃熔炉玻璃熔炉主要成分：普通玻璃是：主要成分：普通玻璃是：CaSiO3、 NaSiO3 和和SiO2熔合在一起的熔合在一起的混合物混合物。重要性质：重要性质：玻璃在常温下呈玻璃在常温下呈固态固态，没有固定的熔点没有固定的熔点，受热，受热在一定温度范围内逐渐软化，此时它可以被人在一定温度范围内逐

11、渐软化，此时它可以被人工吹制成形状不同的制品。工吹制成形状不同的制品。 无色、透光和透热性能都很好。无色、透光和透热性能都很好。 普通玻璃的抗强风、抗撞击的能力比较差，容普通玻璃的抗强风、抗撞击的能力比较差，容易破碎并且有尖锐的棱角。易破碎并且有尖锐的棱角。玻璃的种类：玻璃的种类：a.铅玻璃（用于制光学仪器）铅玻璃（用于制光学仪器）防辐射铅玻璃防辐射铅玻璃重铅玻璃重铅玻璃人造水晶人造水晶思考思考生活中见过或你知道那些种类的玻璃？生活中见过或你知道那些种类的玻璃？b.有色玻璃有色玻璃 在生产过程中，在生产过程中，加加MnO2 ，紫色玻璃；紫色玻璃；加加Co2O3 , 蓝色玻璃；蓝色玻璃；加加Cu

12、2O，红色玻璃，红色玻璃;c.钢化玻璃（用于汽车车窗）钢化玻璃（用于汽车车窗）万丈高楼平地起，穿针引线靠万丈高楼平地起，穿针引线靠水泥厂水泥厂硅酸盐工业之二硅酸盐工业之二 水泥水泥 按照用途与性能分类按照用途与性能分类按主要水硬性物质分类按主要水硬性物质分类1、水泥的分类：、水泥的分类：二、水泥-2、硅酸盐水泥的生产工艺、硅酸盐水泥的生产工艺石灰质原料石灰质原料CaO黏土质原料黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料校正原料生料生料熟料熟料石膏石膏石灰石或粒化矿渣石灰石或粒化矿渣按比例按比例混合磨细混合磨细煅烧煅烧1450水泥水泥磨细磨细“两磨一烧两磨一烧”3、主要成分：、主要成分：

13、硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3水泥回转窑水泥回转窑 什么是混凝土及钢筋混凝土？什么是混凝土及钢筋混凝土？ 水泥、沙子和碎石的混合物叫做水泥、沙子和碎石的混合物叫做混凝土混凝土。混凝土常用钢筋做结构，即混凝土常用钢筋做结构，即钢筋混凝土钢筋混凝土。请看这句英文：请看这句英文： 在英语中，在英语中，china是瓷器的意思，将中国是瓷器的意思，将中国称为称为“China”是说中国是瓷器之都。是说中国是瓷器之都。硅酸盐工业之三硅酸盐工业之三 陶瓷陶瓷陶瓷的起源陶瓷的起源 远古时代远古时代,由于人们在长期生活中经由于人们在长期生活

14、中经常与泥土打交道常与泥土打交道,逐渐发现泥土与适量水逐渐发现泥土与适量水混合后就具有黏性和可塑性混合后就具有黏性和可塑性,可以随意把可以随意把它塑造成各种形状。在太阳下晒干后，它塑造成各种形状。在太阳下晒干后，泥土变硬，再经过火烧到一定的温度，泥土变硬，再经过火烧到一定的温度，泥坯变得坚硬，就既不怕水又耐火了。泥坯变得坚硬，就既不怕水又耐火了。人类创造的第一个新物质人类创造的第一个新物质-陶瓷，从陶瓷，从此就诞生了。人类文明得到进步此就诞生了。人类文明得到进步.陶都：陶都：瓷都：瓷都：江苏宜兴江苏宜兴江西景德镇江西景德镇1、主要原料是黏土其化学式为：、主要原料是黏土其化学式为： Al2(Si

15、2O5)(OH)4 用氧化物形式表示是用氧化物形式表示是 Al2O32SiO2 2H20三、陶瓷三、陶瓷2、手工制造陶瓷的一般过程为、手工制造陶瓷的一般过程为 混合、成型、干燥混合、成型、干燥 、烧结、烧结 、冷却、冷却 目前几种新型陶瓷材料主要有：目前几种新型陶瓷材料主要有：高温结构陶瓷高温结构陶瓷，如氮化硅，如氮化硅（Si3N4)陶瓷，碳化硅陶瓷，碳化硅（SiC)陶瓷等。陶瓷等。发动机中的氮化硅陶瓷部件发动机中的氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷（氮化硅陶瓷（SiSi3 3N N4 4 ）是灰白色固体，硬是灰白色固体，硬度为度为9 9，是最硬的材，是最硬的材料之一。它的导热料之一。它的导热性好且膨胀

16、系数小，性好且膨胀系数小，可经受低温高温、可经受低温高温、骤冷骤热反复上千骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏，次的变化而不破坏，因此是十分理想的因此是十分理想的高温结构材料。高温结构材料。 碳化硅制成的涡轮叶片碳化硅制成的涡轮叶片 碳化硅碳化硅SiC,俗称金刚砂。俗称金刚砂。熔点高熔点高(2450),硬度大硬度大(9.2),是重要的工业磨料是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质如其中掺入某些杂质,会会使之出现半导体使之出现半导体,作为高作为高温半导体温半导体,用于电热元件。用于电热元件。作为高温结构陶瓷作为高温结构陶瓷,日益日益受到人们的重视。它最受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、适宜的应

17、用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境耐磨和耐蚀的环境,现已现已用作火箭喷嘴用作火箭喷嘴,热电偶保热电偶保护管护管,热交换器和耐磨、热交换器和耐磨、耐蚀的零件。耐蚀的零件。 科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化硅陶瓷等科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达13001500。 步兵战车步兵战车用绝热陶用绝热陶瓷发动机瓷发动机 可使其不可使其不易被红外易被红外探测器发探测器发现并被红现并被红外制导武外制导武器所摧毁，器所摧毁，提高了生提高了生存率存率生物陶瓷生物陶瓷：氧化铝（氧化铝（Al2O3）陶瓷，氧化锆陶瓷，

18、氧化锆 （ZrO2）)陶瓷陶瓷氧化铝陶瓷（人造刚氧化铝陶瓷（人造刚玉玉 Al2O3）熔点高，可作高级耐熔点高，可作高级耐火材料；硬度高，可火材料；硬度高，可作研磨材料。作研磨材料。经特殊烧结，可制成经特殊烧结，可制成微晶氧化铝，透光性微晶氧化铝，透光性很强，用作高压钠灯很强，用作高压钠灯灯管等高温透明部件。灯管等高温透明部件。 用于软用于软骨组织骨组织修复的修复的多孔生多孔生物陶瓷物陶瓷压电陶瓷：压电陶瓷：以钛酸钡以钛酸钡（BaTiO3)和钛酸铅和钛酸铅（PbTiO4) 等为主要成分。等为主要成分。压电陶瓷变压器压电陶瓷变压器1、传统无机非金属材料有什么优点和弱点？新、传统无机非金属材料有什么

19、优点和弱点？新型无机非金属材料有哪些主要特点型无机非金属材料有哪些主要特点?思考思考传统无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多传统无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料主要特点：新型无机非金属材料主要特点：a、能承受高温，强度高、能承受高温，强度高b、具有电学特性、具有电学特性c、具有光学特性、具有光学特性d、具有生物功能。、具有生物功能。能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点磨损、密度小等优点2、高温结构陶瓷有什么优点？、高温结构陶

20、瓷有什么优点？3、生物陶瓷在医疗上有何用途？、生物陶瓷在医疗上有何用途？可直接植于人体内，如制成人造牙齿、人造骨骼、可直接植于人体内，如制成人造牙齿、人造骨骼、人造心脏瓣膜等人造心脏瓣膜等小结小结玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷原料原料纯碱、石灰石、纯碱、石灰石、石英石英粘土、粘土、石灰石石灰石粘土粘土反应反应原理原理CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 2NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高温下发生复杂的物高温下发生复杂的物理、化学变化理、化学变化烧结时发生复烧结时发生复杂物理、化学

21、杂物理、化学变化变化主要成主要成分分SiOSiO2 2 CaSiOCaSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3硅酸二钙硅酸二钙:2CaOSiO:2CaOSiO2 2硅酸三钙硅酸三钙:3CaOSiO:3CaOSiO2 2铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3硅酸盐硅酸盐特性特性非晶体，透明、无固定熔点非晶体，透明、无固定熔点，可在一定温度范围内软化，可在一定温度范围内软化水硬性：无论在水中水硬性：无论在水中还是在空气中均能硬还是在空气中均能硬化（是不可逆过程）化（是不可逆过程）抗氧化、抗酸抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高碱腐蚀、耐高温、绝缘温、绝缘高温高温高温高温1、下列物质中

22、，不属于新型无机非金属材料的是：、下列物质中，不属于新型无机非金属材料的是：A、普通玻璃、普通玻璃B、氧化铝陶瓷、氧化铝陶瓷C、光导纤维、光导纤维D、氮化硅陶瓷、氮化硅陶瓷2、制造光导纤维的原料是：、制造光导纤维的原料是：A、碳酸钙、碳酸钙 B、硅酸钠、硅酸钠C、普通纤维、普通纤维D、二氧化硅、二氧化硅AD3.下列物质不属于硅酸盐的是下列物质不属于硅酸盐的是A、粘土、粘土 B、硅藻土、硅藻土C、Al2Si2O5 D、MgSiO4B5、古希腊流传这样一个传奇故事。一批贩运纯碱、古希腊流传这样一个传奇故事。一批贩运纯碱的商船停泊在江边的沙岸旁，商人们找不到石头来的商船停泊在江边的沙岸旁，商人们找不到石头来打灶煮饭，就把船上的大块纯碱搬来