人教版高中化学必修1第四章第一节无机非金属材料的主角-Si

1、无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角SiSi硅材料硅材料建筑材料建筑材料水泥水泥建筑装饰建筑装饰材料材料玻璃玻璃无机非金属材料用作电子器件无机非金属材料用作电子器件荧光材料荧光材料特殊新型特殊新型 复合材料复合材料一、硅单质一、硅单质？请画出碳和硅的原子结构示意图请画出碳和硅的原子结构示意图分析：分析： 既不易失去电子，又不易得到电子，主要既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。形成四价的化合物。1、存在及物理性质、存在及物理性质硅元素以什么样的形态存在于自然界？硅元素以什么样的形态存在于自然界？硅在地壳中含量仅次于硅在地壳中含量仅次于氧氧，居第，居第2位，位，硅在自然界的存

2、在形硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态态：没有游离态，只有化合态-二氧化硅、硅酸盐二氧化硅、硅酸盐 硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！晶体硅和无定形硅是很好的半导体材料！晶体硅和无定形硅-同素异同素异形体形体硅硅图图4-11 4-11 单晶硅单晶硅图图4-11 4-11 单晶硅单晶硅2、Si 化学性质化学性质与单质的反应：与单质的反应：Si + O2 = SiO2Si + 2F2 = SiF4与酸的反应与酸的反应Si + 4HF = SiF4 + 2H2 Note:与硝酸、硫酸不反应与硝酸、硫酸不反应与碱的反应与碱

3、的反应 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 硅的化学性质不活波，但在常温下可以和硅的化学性质不活波，但在常温下可以和氟气（氟气（F2）、氢氟酸（）、氢氟酸（HF）和强碱反应）和强碱反应Si+2Cl2=SiCl4硅的用途的树形图硅的用途的树形图如何得到如何得到Si Si 呢呢？3、单质、单质Si的制备的制备在高温下让在高温下让粗硅粗硅（Si）与）与氯气氯气（Cl2）反应，其产）反应，其产物在高温下被物在高温下被氢气氢气（H2）还原而得到较纯的硅）还原而得到较纯的硅SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温（高纯硅（高纯硅 99.9999999）提纯硅提纯硅Si +

4、2Cl2= SiCl4高温高温粗硅粗硅SiO2 +2C = Si + 2CO高温高温粗硅粗硅制粗硅制粗硅用途用途集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。器铁芯等。集成电路 晶体管5.5.用途用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间, ,是良是良好的好的半导体材料半导体材料, ,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料. .硅太阳能电池硅太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）二、二氧化硅（二、二氧化硅（SiO

5、2）石英石英光导纤维光导纤维水晶水晶 石英、沙子、玛瑙和硅藻土等石英、沙子、玛瑙和硅藻土等。 天然的二氧化硅分为晶体和无定形两类天然的二氧化硅分为晶体和无定形两类。1、SiO2的的存在存在在在SiO2的晶体中，每个硅原子与的晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合，每个氧个氧原子结合，每个氧原子与原子与 个硅原子结合，即个硅原子结合，即SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按 的的比例所组成的比例所组成的 空间网状结构的晶体。空间网状结构的晶体。2、 SiO2的的结构结构421 2正四面体正四面体将晶体硅结构中的每一个将晶体硅结构中的每一个“硅硅-硅硅”共价键打开，并在其间夹入一共价键打开，并在其间夹

6、入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧每个硅原子和四个氧原子原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型正四面体型结构，这结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构空间网状结构的原子的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，中，硅氧原子数之比为硅氧原子数之比为1:2，SiO2只表示一种比例关系，并不表示晶只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在体中存在

7、SiO2的小分子。的小分子。3、SiO2的物理性质的物理性质二氧化硅是二氧化硅是 、 、 的主要成分，具有硬的主要成分，具有硬度度 、熔点、熔点 、 导电、不溶于水等性质。导电、不溶于水等性质。岩石岩石沙子沙子土壤土壤大大高高不不 瓶塞被粘住一个盛放瓶塞被粘住一个盛放NaOH试剂瓶不能打开，瓶塞试剂瓶不能打开，瓶塞被粘住的原因是什么被粘住的原因是什么？怎样才能打开怎样才能打开？ 学校校友送给母校玻璃镜面上字（图片），字是怎学校校友送给母校玻璃镜面上字（图片），字是怎样弄上去的样弄上去的？请讨论！请讨论！酸性氧化物的通性酸性氧化物的通性SiO2CaO SiO2 NaOH=与碳的反应：与碳的反应：

8、SiO2 C与氢氟酸的反应：与氢氟酸的反应：SiO24HF=4、SiO2的化学性质及用途的化学性质及用途CaSiO32Si2COSiF42H2O2Na2SiO3H2O用途：用途：SiO2可用于制造可用于制造 、石英坩埚、饰物等。、石英坩埚、饰物等。光导纤维光导纤维 在高温下与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产）在高温下与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产）SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3SiO2 + CaCO3 = CO2 + CaSiO3高温高温思考：思考：C与与Si同属第同属第IVA元素，原子最外层电子数目相同，其相应的氧元素，原子最外层电子数目相同，其相应的氧化物化物CO2

9、与与SiO2性质有哪些异同点？性质有哪些异同点？提示：提示：CO2与与SiO2比较比较二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅存在存在物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与酸与酸与与NaOH溶液溶液与与CaO与盐与盐用途用途SiO2与与CO2SiO2与与CO2那个说分子式那个说化学式？为什么那个说分子式那个说化学式？为什么硅元素硅元素单质硅单质硅Si + F2Si + HFSi + NaOH 加热能与某加热能与某些非金属单些非金属单质反应（质反应（O2、Cl2）O2二氧化硅是光导纤维二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和维可用作通讯材料和制造医用内窥镜等制造医用内

10、窥镜等硅可制造集成路、硅可制造集成路、太阳能电池等；硅太阳能电池等；硅合金可用来制造变合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设压器铁芯、耐酸设备等。备等。C 高温高温HF无游离态无游离态常温不活泼常温不活泼只有化合态只有化合态SiO2硅酸盐硅酸盐Na2SiO3、CaSiO3碱碱碱性氧化物碱性氧化物三、硅酸三、硅酸(H2SiO3)思考：硅酸（思考：硅酸（H2SiO3）能通过二氧化硅与水反应制得吗？）能通过二氧化硅与水反应制得吗？为什么？为什么？ 1、不溶于水，酸性比碳酸弱。、不溶于水，酸性比碳酸弱。 硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

11、指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。硅硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为称为“硅胶硅胶”。 实验实验4-1：向饱和：向饱和Na2SiO3溶液中滴入溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸酚酞，再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色Na2SiO3呈碱性呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl实验探究：实验探究：滴入盐酸有硅酸凝胶产生滴入盐酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水2、制备：较强酸与可溶硅酸盐溶液、制备：较强酸与可溶硅酸盐溶液Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na

12、2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，受热干燥失硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，受热干燥失水。水。生成的生成的H4SiO4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。在干燥的空气中易失水变成硅酸。 H4SiO4=H2SiO3+H2O 3、用途：、用途： 硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时 ；浓度较大时浓度较大时 。硅酸凝胶干燥脱水。硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶，硅酸干凝胶，又称硅胶，吸附水的能力强，常用作又称硅胶，吸附水的能力强，常用作 ，

13、也用作，也用作催化剂的载体。催化剂的载体。无色透明液体无色透明液体凝胶凝胶干燥剂干燥剂小结小结作业布置作业布置【例【例1】 下列说法正确的是下列说法正确的是()A二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应不能与任何酸反应B根据反应根据反应SiO2CaCO3 = CaSiO3CO2可可推知硅酸酸性比碳酸强推知硅酸酸性比碳酸强C二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D晶体硅常被用来制造光导纤维晶体硅常被用来制造光导纤维高温高温C【练习】下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成【练习】下列物质的变化，不能通过一步

14、化学反应完成的是（的是（ ） ACO2H2CO3 BSiO2Na2SiO3 CNa2O2Na2CO3 DSiO2H2SiO3D【例【例2】 1 mol SiO2晶体中含有晶体中含有SiO共价键的物质的量是共价键的物质的量是()A1 mol B2 mol C3 mol D4 molD 【例【例3】硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有很多相似的地方。如它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能很多相似的地方。如它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧 化物化物(如如CaO)反应生成

15、盐等；反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水。把河沙它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水。把河沙(主要成分主要成分是是SiO2)跟镁粉按一定质量比跟镁粉按一定质量比(稍大于稍大于15 24)混合均匀，装入试管混合均匀，装入试管中中加热加热大约大约1分钟后发生剧烈反应，生成一种分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物白色固体化合物和一和一种种硅化物硅化物。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。气态

16、氢化物。(1)写出河沙与镁粉在加热条件下反应的化学方程式：写出河沙与镁粉在加热条件下反应的化学方程式：_，该，该 反应是反应是_反应反应(填填“放热放热”或或“吸热吸热”)。(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学填化学式式)_。(3)写出产生写出产生“爆炸声爆炸声”的化学方程式：的化学方程式：_。1)SiO24Mg =?= Mg2Si2MgO放热放热(2)SiH4(3)SiH42O2 = SiO22H2O【例【例4】.工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅硅SiO22CSi(粗粗)2CO ，又能跟氯

17、气反应经，又能跟氯气反应经提纯得到提纯得到 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。根据以上反应回答下列问题：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AA CC E【例题【例题5】、为确认】、为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的

18、酸性强的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空：（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空：（1）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试剂是盛试剂是_ 。（2）装置）装置B所盛试剂是所盛试剂是_，装置，装置B所盛所盛试剂的作用是试剂的作用是_。（3）装置）装置C所盛试剂是所盛试剂是_，出现的现象，出现的现象是是_。 盐酸盐酸 饱和饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液 除除COCO2 2中含有的中含有的HClHCl NaNa2 2SiOSiO

19、3 3溶液溶液 产生白色凝胶产生白色凝胶 三、硅酸盐三、硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。是制备硅胶和木材防火剂等的原料。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。实验实验4-24-2放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论当水分蒸当水分蒸发后燃烧发后燃烧当水分蒸发后当水分蒸发后不易燃烧不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防制备木材

20、防火剂的原料火剂的原料硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3) 镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O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SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2长长石石滑滑石石石石棉棉高岭土高岭土粘土粘土硅酸盐的丰富性和多样性（阅读硅酸盐的丰富性和多样性（阅读P P7777）人面鱼纹盆人面鱼纹盆传统无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃

21、玻璃阅读教材阅读教材78-79硅酸盐产品硅酸盐产品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥陶瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具生产原料：黏土生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生产设备：陶瓷窑生产设备：陶瓷窑生产过程：混合生产过程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -烧结烧结- -冷却冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型绝缘、易成型陶陶 瓷瓷玻璃玻璃生产原料：纯碱、石灰石、石英生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃熔炉生产设备：玻璃熔炉反应原理：反应原理：主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶体，无固定的熔点主要特性：非晶体，无固定的熔点高温高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温高温玻玻 璃璃