2023学年完整公开课版硅

第四章第一节硅无机非金属材料无机非金属材料的主角---硅预习检测根据你的预习，判断正误：1硅能导电，故它是金属。（）2硅的化学性质比较稳定，在自然界中主要以游离态存在。（）3高纯度的硅被广泛用于制作计算机芯片。（）4晶体硅是制造光导纤维的原料。（）5二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不可以与任何酸反应。（）√××××硅元素silicon在地壳中的含量氧486%硅263%铝773%铁475%钙345%钠274%钾247%镁200%氢016%其他120%硅263%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90%以上。

自然界有没有游离态的硅？一、单质硅与半导体材料太阳能电池观察以下三幅图，晶体硅具有怎样的物理性质？硅单质1存在：硅有晶体硅和无定形硅两种（自然界中没有游离态的硅）。2物理性质：（1）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于金刚石，熔点1410℃和沸点都很高，硬度大。（2）导电性介于导体和绝缘体之间。硅是非金属，为何会具有金属的性质？处于金属非金属的交界处最早应用的半导体材料应用最广泛的半导体材料

结构类似金刚石，硬熔点高,硬度大。从晶体结构及原子结构认识硅，并总结硅的化学性质。——不活泼硅和碳一样,其原子既不易失去电子，也不易得到电子，所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物例如:SiO2和H2SiO3及SiO32-。CSi碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石和许多矿物的主要元素从原子结构认识硅2、化学性质——不活泼（1）常温下与氟气、氢氟酸、强碱反应Si2NaOHH2O＝Na2SiO32H2↑（2）加热Si+O2＝SiO2常温下很稳定，不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。为何自然界没有游离态的硅？硅是亲氧元素，在地壳形成的高温环境条件下，硅与氧形成稳定的SiO2硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，工业上是如何获得单质硅的呢？资料：据热力学数据表明：SiO22C==Si2CO↑反应能够发生的温度为T>SiO2C==Si2CO2↑反应能够发生的温度为T>如果你是工厂管理者，你会选则哪个温度？为什么？高温高温温度高，对设备的要求也高，所需费用也高，不经济。反应得到的是粗硅，还需提纯。3、单质硅的制取SiO2+2C＝Si+2CO高温粗制精制Si+2Cl2＝SiCl4高温SiCl4+2H2＝Si+4HCl高温置换反应价值5元的沙子SiO2Si点沙成金价值5000元的芯片③制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料④含硅4%的钢可制变压器铁芯⑤含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备①半导体材料；硅芯片②太阳能电池晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池、硅合金等。3、硅的用途半导体材料晶体管集成电路硅芯片卫星的翅膀太阳能汽车的尾巴在太阳能方面的利用太阳能电池在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，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起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。硅在电子工业中的重要作用二、二氧化硅1二氧化硅SiO2硅石(天然)结晶形（石英）无定形（硅藻土，沙子）纯净的SiO2晶体叫做水晶。石英具有彩色环带状或层状的叫玛瑙SiO2的天然存在：水晶纯净的二氧化硅观察SiO2的外观，总结SiO2物理性质石英水晶紫水晶蔷薇石英茶晶黄水晶玛瑙2物理性质物质SiO2CO2状态（常温）气体熔点、沸点硬度——水溶性1：1固体1610℃2230℃高不溶大思考：两者性质差别为什么如此大？-78.5℃

-56.6℃低直线型SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定二氧化硅的晶体结构（2）化学性质:通常条件下，很稳定交流与研讨1从物质组成和性质角度来分类，SiO2属于哪类物质？2SiO2可能具有哪些化学性质？3、化学性质1酸性氧化物：思考：NaOH溶液为什么不盛装在带磨口玻璃塞的试剂瓶中？____高温SiO2＋CaOCaSiO3

SiO2

＋2NaOH

＝

Na2SiO3

＋H2O、

常用的矿物胶因为玻璃的主要成分是二氧化硅，易与碱液反应生成对应的硅酸盐，将瓶盖粘合SiO2坩埚（陶瓷）能用来熔融烧碱？3、化学性质

SiO24HF=SiF4↑2H2O2特性注意：利用该反应可以雕刻玻璃不能。因为玻璃瓶中含有的SiO2会与HF反应,最好用特制的塑料瓶能否用玻璃试剂瓶盛氢氟酸，为什么？应用什么瓶盛放？在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡［拓展］有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？［解答］不同意这种看法。因为SiO2与HF反应不能生成盐,而且它只能与HF反应,与其他酸不反应化合物化学性质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)相同点酸性氧化物与强碱反应与碱性氧化物反应与水反应

弱氧化性特殊性SiO2+CaO=CaSiO3

高温CO2+H2OH2CO3

CO2+C=2CO高温

SiO2+2C=Si+2CO↑高温SiO24HF=SiF4↑2H2OCO22NaOH=Na2CO3H2OCO2CaO=CaCO3与氢氟酸不反应SiO22NaOH=Na2SiO3（有粘性H2O不反应酸性氧化物（4）用途装饰品石英坩埚光导纤维石英手表光学仪器耐磨器皿SiO2精密仪器轴承石英制品水晶制品--------------------------------------------------------光导纤维光缆光学纤维胃镜二、硅酸H2SiO3很弱的酸,酸性比碳酸弱，不能使酸碱指示剂变色2不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解：难溶于水。白色胶状固体H2SiO3==SiO2+H2O△1、物理性质2、化学性质（1与强碱反应H2SiO32NaOH==Na2SiO32H2O思考：CO2＋H2O＝H2CO3，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。那怎样制备H2SiO3呢？向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸现象结论方程式滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透明的硅酸凝胶产生Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO32HCl=H2SiO3胶体2NaCl实验4-13、硅酸制备如何通过反应证明酸性比碳酸还弱Na2SiO3CO2H2O==Na2CO3H2SiO3↓向硅酸盐溶液中加入盐酸或通入CO2Na2SiO3溶液大理石+稀盐酸稀盐酸大理石饱和碳酸氢钠溶液硅酸钠溶液学生实验想一想敞口存放的硅酸钠溶液为什么变浑浊？现象：生成白色凝胶结论：硅酸钠溶液可以和CO2反应生成硅酸，所以要密闭保存试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸试剂瓶细口瓶，磨口塞广口瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞练习1、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瓶和所装试剂之间进行连线。2、下列说法正确的是（）A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃硅酸钠的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子BDBBC3将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③CaOH2溶液；④饱和Na2CO3溶液；⑤NaAlO2溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是A．①②③B．②④⑤C．②③⑤D．②③④B3．要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是

A.纯碱溶液B.盐酸C.硫酸D.苛性钠溶液4．下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是

A．SiO2+2C=Si+2CO↑B．SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OC．SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OD．SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑5．下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是A.烧碱溶液B.浓硫酸C.HF氢氟酸D.碳酸钠溶液高温高温4、硅胶硅酸浓度较小---硅酸溶胶，硅酸浓度较大---硅酸凝胶硅酸凝胶干燥脱水——硅酸干凝胶，称为硅胶，（SiO2）干燥剂，催化剂载体原硅酸H4SiO4：白色胶状沉淀，弱酸硅酸可看成原硅酸失去一个水后得到的三、硅酸盐结构复杂，用SiO2和金属氧化物组合形式表示，一般不溶于水，化学性质很稳定。1概念：是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。2硅酸盐的化学性质（1）有很强的热稳定性，能耐高温。（2）硅酸盐易与酸反应Na2SiO3H2OCO2==Na2CO3H2SiO3胶体Na2SiO32HCl==2NaClH2SiO3（胶体）放入蒸馏水放入Na2SiO3溶液现象结论水份蒸发后燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，失去防火作用防火效果好，用作防火剂（2）用途：水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。3Na2SiO3：最简单的硅酸盐，易溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，水溶液显碱性。可以用于制备硅胶和木材防火剂4、硅酸盐组成表示（1）保持原有各元素化合价不变，按顺序写出各种元素的氧化物如：硅酸钠（Na2SiO3Na2O·SiO2镁橄榄石（Mg2SiO4）2MgO·SiO2普通玻璃（CaNa2Si6O14）Na2O·CaO·6SiO2金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“·”隔开。注意:改写后应与原来化学式中的原子个数比一样。（２）除氧元素外，其他元素的原子个数比符合原来的组成，配置出现分数时应化为整数。钙沸石CaAl2Si3H6O13CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O2O·Al2O3·3SiO2粘土：Al2Si2O5OH4 长石：AlSi3O8Al2O3·2SiO2·2H2O无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃陶瓷：原料——黏土玻璃：原料——纯碱、石灰石和石英；水泥：原料——黏土和石灰石；加适量石膏；5用途硅酸盐产品陶瓷：原料水泥：原料玻璃：原料教材：P78新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等传统无机非金属材料（1）陶瓷的制备原料：黏土高温烧结（2）水泥的制备：a原料：黏土SiO2、石灰石、石膏（适量）b设备：水泥回转窑c条件：高温锻烧水泥回转窑3）玻璃A原料：纯碱、石灰石、过量石英（SiO2B设备：玻璃熔炉C条件：高温熔融D成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2E主要反应：Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2↑CaCO3SiO2=CaSiO3CO2↑F种类：普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃、铅玻璃等1:1:61:1:4新型陶瓷高温结构陶瓷（工程陶瓷）压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷氮化硅陶瓷氧化铝透明陶瓷管具有特殊功能的含硅物质碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。硅钢（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O

主要作吸附剂和催化剂硅橡胶：既耐高温又耐低温制造飞机、火箭、导弹的零件和绝缘材料1．用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是A．钙沸石CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石Mg2SiO42MgO·SiO2C．长石AlSi3O82O·Al2O3·3SiO2D．