高中化學(xué)必修一---硅

1、第四章 非金屬及其化合物,第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角 硅,你知道美國的硅谷嗎？,Silicon vally,Si元素在地殼中的含量排在第幾位？,在地殼中硅的含量為26.3%，僅次于氧。 硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分 的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的 90%以上。在無機(jī)非金屬材料中，硅一 直扮演中主要角色,原子結(jié)構(gòu),思考1：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？,Si,最外層電子數(shù)是4，碳也是。,思考2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？,正四價(jià)（+4價(jià)）,碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素,硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素,Si在自然界中沒有 游離態(tài)的形式存在,（1）存在形式：

2、,一、二氧化硅 SiO2,地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的 ，其存在形態(tài)有 和,12,結(jié)晶型,無定形,結(jié)晶形（石英晶體） 無定形硅藻土,水晶 瑪瑙,1、二氧化硅（ SiO2 ）,(1)存在:,天然的SiO2稱為硅石,硅石,無色透明,彩色環(huán)帶或?qū)訝?水晶,瑪瑙,水晶,晶體二氧化硅,瑪 瑙,瑪瑙,Si,O,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,2. 結(jié)構(gòu).,SiO2 原子晶體,Si,O,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 因此性質(zhì)很穩(wěn)定,堅(jiān)硬難熔的固體， 熔沸點(diǎn)比較高， 不溶于水， 硬度比較大。,3. 物理性質(zhì),表示二氧化碳分子及其組成,表示二氧化硅晶體中硅氧原子個(gè)數(shù)比,氣 態(tài)

3、,固 態(tài),很小,很大,能溶于水,不溶于水,很 低,很 高,二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)對(duì)比,都屬酸性氧化物,水 溶 性,活動(dòng)與探究,為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)有這么大的差別？,是結(jié)構(gòu)上的不同,4、化學(xué)性質(zhì)（不活潑）：,（a）常溫與氫氟酸（SiO2很不活潑，HF是唯一能跟其反應(yīng)的酸）,4HF+SiO2=SiF4+2H2O,玻璃中含有SiO2，所以可以用HF來刻蝕玻璃,SiO2 不溶于水，不與水反應(yīng),視頻,（b)酸性氧化物的特性：,與堿性氧化物反應(yīng),與強(qiáng)堿反應(yīng)：,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,與某些鹽反應(yīng)：,SiO2 + CaO = CaSiO3,高溫,（有粘性，其溶液俗稱水

4、玻璃）,高溫,SiO2既能跟酸 反應(yīng)，又能跟 堿反應(yīng)，但不是 兩性氧化物,注意：,實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？,高溫,高溫,高溫,不反應(yīng),CO2+H2O=H2CO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,SiO2+CaO= CaSiO3,CO2+CaO= CaCO3,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,不反應(yīng),SiO2+2C= Si+2CO,CO2+C= 2CO,5、用途,由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiO2在自然界的廣 泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。,制光導(dǎo)纖維 石英玻璃制化學(xué)儀器

5、 制石英表、石英鐘 水晶制光學(xué)儀器和工藝品 瑪瑙制精密軸承和裝飾品,石英制品,用光導(dǎo)纖維做 無開刀手術(shù),光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈,通信用光纜,光學(xué)纖維胃鏡,水晶石英、瑪瑙,二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維,光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。 制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于 通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大， 一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3萬門電話。,練習(xí),下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的是（ ） 紅寶石 瑪瑙 鉆石 石英晶體硅石 水晶 大理石 金剛砂 硅藻土 光導(dǎo)纖維,76實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象并填寫下表,滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸紅色消失，并有透明膠狀物質(zhì)生成,Na2S

6、iO3溶液呈堿性，與酸反應(yīng)生成了H2SiO3,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3（膠體）+ 2NaCl,二.硅酸 (H2SiO3),制備:,可溶性硅酸鹽（如Na2SiO3）與酸反應(yīng),2、用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可證明H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3（膠體）,Na2SiO3 + H2O + CO2 （適量）= Na2CO3 + H2SiO3（膠體）,一、制備方法,1、可溶性硅酸鹽（如Na2SiO3）與酸反應(yīng),Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 （膠體）+ 2NaCl,SiO32- + 2

7、H+= H2SiO3（膠體）,硅酸是一種白色粉末狀的固體，它的溶解度 ??；是一種弱酸，不能使指示劑變色,2、物理性質(zhì),硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。,3、硅酸化學(xué)性質(zhì) 與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng),不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解,H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,三、硅酸鹽,1.含義：硅酸鹽是由硅、氧和金 屬元素組成的化合物的總稱,硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)化合物， 一般都不溶于水。,最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3），俗稱泡花堿；其水溶液俗稱為水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火劑等。,放入蒸餾水,現(xiàn)象,結(jié)論,水份蒸發(fā)后燃燒,放入Na2SiO

8、3溶液,水份蒸發(fā)后不燃燒,水份蒸發(fā)后，失去防火作用,防火效果好用作防火劑,P77 實(shí)驗(yàn)4-2,2、硅酸鈉 Na2SiO3,花崗巖,長石,云母石,滑石,石棉,高嶺土,粘土,3 硅酸鹽的表示方法用氧化物的形式表示,氧化物的順序： 活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水,用氧化物形式表示硅酸鹽的組成,硅酸鈉Na2SiO3 _ 硅酸鈣CaSiO3_ 高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正長石KAlSi3O8_,Na2OSiO2,Al2O32SiO2 2H2O,K2O Al2O3 6SiO2,CaO SiO2,練習(xí)：如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽 石棉：CaMg3Si4O12 普通玻璃： CaN

9、a2Si6O14 鈣沸石：Ca(Al2Si3O10) 3H2O,CaO3MgO4SiO2,CaONa2O6SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,4、硅酸鹽工業(yè),4、硅酸鹽工業(yè),陶瓷,原料： 條件：,黏土,高溫?zé)Y(jié),景德鎮(zhèn)陶瓷,玻璃,原料： 設(shè)備： 條件： 主要反應(yīng)： 主要成份：,純堿、石灰石、石英,硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅,高溫熔融,玻璃窯,玻璃,特殊玻璃,有色玻璃,鋼化玻璃,加入了不同的金屬氧化物,普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻,水泥,原料： 設(shè)備： 條件： 主要成份：,水泥回轉(zhuǎn)窯,黏土、石灰石、石膏,煅燒,硅酸三鈣、硅酸二鈣、 鋁酸三鈣等,水泥,其它重要硅化物,SiC 硅鋼（4

10、硅） 硅橡膠,（金剛砂）,傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：,陶瓷、玻璃、水泥,新型無機(jī)非金屬材料：,新型陶瓷,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷,透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等,五、硅單質(zhì),1、存在形式 自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài) 單質(zhì)硅分為晶型和無定形 2、分布,自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于 氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。,3.物理性質(zhì),單質(zhì)硅有晶體和無定形體，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。熔沸點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種重要的半導(dǎo)體材料。,（1）與氟氣反應(yīng)：,（2）與氫氟酸反應(yīng)：,（3）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：,（4）與氯氣反應(yīng)：,（5）與

11、氧氣反應(yīng)：,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,4、化學(xué)性質(zhì)：,常溫下反應(yīng),加熱條件,5、硅的制備：,反應(yīng)的方程式：,工業(yè)上，用碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅。,制高純度的硅（精硅）的方法：,（1）用氯氣提取粗硅中的硅,（2）用氫氣還原四氯化硅得高純度的硅,SiCl4 + 2 H2 = Si + 4 HCl,高溫,Si + 2Cl2 = SiCl4,高溫,（常溫下呈液態(tài)）,6.用途,晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料,利用硅的半導(dǎo)體性能，制成光電池 ，將光能轉(zhuǎn)化為電能。,硅太陽能電池,硅的用途非常廣泛，可用來

12、制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。,硅芯片,太陽能電池,電腦的中央處理器（CPU）,大規(guī)模集成電路,在美國舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。,硅在電子工業(yè)中重要作用,1、要除去SiO2中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是 （ ） A. 純堿溶液 B. 鹽酸 C. 硫酸 D. 苛性鈉溶液,B,2、常溫下，能跟硅反應(yīng)的物質(zhì)是（ ） A.燒堿溶液 B.濃硫酸 C.濃硝酸 D.氫氟酸,A D,3、下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來盛裝的是（ ） A. 燒堿溶液 B. 濃硫酸 C. HF氫氟酸 D. 碳酸鈉溶液,C,4、為