第四章-第一節(jié)-無機非金屬材料的主角-硅-1課時-課件

1、第四章第四章 非金屬及其化非金屬及其化 合物合物 第第一節(jié)無機非金屬材料的主角一節(jié)無機非金屬材料的主角硅硅 學習目標： 1.了解硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)了解硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)。 2.了解二氧化硅的性質(zhì)，認識硅、二氧化硅作了解二氧化硅的性質(zhì)，認識硅、二氧化硅作 為無機非金屬材料的特性及其用途為無機非金屬材料的特性及其用途。 3.了解硅酸鹽等無機非金屬材料的基本組成、了解硅酸鹽等無機非金屬材料的基本組成、 性能和用途。性能和用途。 學習重難點學習重難點 1、硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì) 2、二氧化硅的性質(zhì)及應用 3、硅酸及硅酸鹽的性質(zhì) 新課導入新課導入：從以下圖片中找出它們所含 的共同元素 畫出碳和硅

2、的原子結(jié)構(gòu)示意圖畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié)論：硅與碳結(jié)構(gòu)相似結(jié)論：硅與碳結(jié)構(gòu)相似，化學性質(zhì)也相似，在，化學性質(zhì)也相似，在反應中，硅反應中，硅 既不容易失去電子，也不容易得到電子，主要形成四價的既不容易失去電子，也不容易得到電子，主要形成四價的 共價化合物共價化合物。 C60 碳的單質(zhì)碳的單質(zhì) 石墨石墨 金剛石金剛石 硅的氧化物及硅酸鹽硅的氧化物及硅酸鹽 硅在地殼中的含量為26.3%，僅次于氧，硅的氧 化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和 土壤，約占地殼質(zhì)量的90%以上。硅是無機非金屬材 料的主角。 主要存在形式：碳主要存在形式：碳石灰?guī)r、碳酸鹽、碳的氧化物，碳有石灰?guī)r、碳酸鹽、碳的

3、氧化物，碳有 單質(zhì)狀態(tài)單質(zhì)狀態(tài) 硅硅氧化物、硅酸鹽，硅無單質(zhì)狀態(tài)氧化物、硅酸鹽，硅無單質(zhì)狀態(tài) Si是一種親氧元素，所以在自然界它總是與氧相互是一種親氧元素，所以在自然界它總是與氧相互 化合以化合態(tài)的形式存在化合以化合態(tài)的形式存在 一、二一、二氧化硅（氧化硅（SiO2） SiO2是硅最重要的化合物。地球上存在的天然 二氧化硅約占地殼質(zhì)量的12%，其存在形態(tài)有結(jié)晶結(jié)晶 形形和無定形無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石硅石。 （1）存在形式：）存在形式： 自然界自然界 中的中的 SiO2 水晶水晶 石英砂石英砂 瑪瑙瑪瑙 石英石英 沙子沙子 Si O （2 2）二氧化硅）二氧化硅的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu). SiO2 （3 3

4、）二氧化硅的物理性質(zhì)）二氧化硅的物理性質(zhì) 熔點高，硬度大，不溶于水熔點高，硬度大，不溶于水 不能不能與水反應生成硅酸。與水反應生成硅酸。 （4 4）二氧化硅的化學性質(zhì)）二氧化硅的化學性質(zhì) SiO2 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 酸性氧化物的酸性氧化物的 性質(zhì)性質(zhì) 特性與特性與HF反反 應應 不與水、一般的酸不與水、一般的酸 反應反應 +CaO +NaOH SiO2+CaO=CaSiO3 高溫高溫 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+4HF=SiF4+2H2O 用于刻蝕玻璃用于刻蝕玻璃 實驗室不能將氫氟酸保存玻璃瓶中，應存放實驗室不能將氫氟酸保存玻璃瓶中，應存放 在塑料瓶中在塑料瓶中 (5)

5、二氧化硅二氧化硅的用途：的用途： 光導纖維制成的工藝品光導纖維制成的工藝品 SiO2是工業(yè)上制取硅的原料是工業(yè)上制取硅的原料。 SiO22C Si2CO 高溫 物物 質(zhì)質(zhì)二氧化硅二氧化硅(SiO(SiO2 2) )二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2) ) （6）化學性質(zhì)：化學性質(zhì)：SiO2與與CO2的比較（兩者都屬于酸性氧化物）的比較（兩者都屬于酸性氧化物） 222 2223 2232 2223 高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 與堿性氧化物與堿性氧化物 反應反應 與水反應與水反應 與堿反應與堿反應 與酸反應與酸反應 與碳反應與碳反應 與鹽反應與鹽反應 232232 高溫高溫 232223 23

6、強酸制弱酸強酸制弱酸 練習：練習：要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑雜質(zhì)，最適宜的試劑 是是 ( ) A.純堿溶液純堿溶液 B. 鹽酸鹽酸 C.硫酸硫酸 D.苛性鈉溶液苛性鈉溶液 B 二、二、硅酸（硅酸（H2SiO3） H2SiO3是是SiO2的對應水化物（的對應水化物（ SiO2 是是H2SiO3的酸酐），是一種不溶性酸，的酸酐），是一種不溶性酸， 是一種白色固體，其酸性比是一種白色固體，其酸性比H2CO3還弱。還弱。 （2） 制取制取(較強酸制較弱酸較強酸制較弱酸) （1）性質(zhì)：）性質(zhì)： H2SiO3 酸性酸性 酸性弱于酸性弱于H2CO3 不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性

7、 H2SiO3=SiO2+H2O 實驗實驗4-1 向試管里加入35 mL Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞溶 液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色 變淺并接近消失時停止。靜置。觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象 結(jié)論 化學方程式 Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3 滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液由紅色變滴入酚酞后溶液變?yōu)榧t色，再滴入稀鹽酸，溶液由紅色變 淺至無色，同時有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生。淺至無色，同時有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生。 a、Na2SiO3溶液呈堿性；溶液呈堿性； b、可溶性硅酸鹽與鹽酸反應生成不溶于水的、可溶性硅酸鹽與鹽酸反應生成不溶于水的白色膠狀白色膠狀 沉淀沉淀硅

8、酸。硅酸。 思考思考: : 分析以上制取分析以上制取原理，若將原理，若將CO2通入通入 Na2SiO3溶液中溶液中 有何現(xiàn)象有何現(xiàn)象? Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 生成的H2SiO3逐漸聚合形成膠體溶液硅酸溶膠，硅酸 濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。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”。 硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食品、瓶 裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。 (3)用途用途 濃度小時濃度小時硅酸溶膠硅酸溶膠 濃度大時濃度大時 硅酸凝膠硅酸凝膠 干燥脫水干燥脫水 硅膠硅膠 干燥劑干燥劑

9、催化劑載體催化劑載體 二、二、硅酸鹽硅酸鹽 硅酸鹽是由硅、氧和金屬硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。是一大類結(jié)構(gòu)復雜的固 態(tài)物質(zhì)，大多不溶于水不溶于水，化學性質(zhì)穩(wěn)定。 最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗 稱 ，是制備硅膠和木材防火劑的原料。 水玻璃 實驗4-2 取兩個小木條或濾紙條，分別放入蒸餾水和Na2SiO3飽和溶液中，使之 充分吸濕、浸透，取出稍瀝干（不再滴液）后，同時分別放置在酒精燈外 焰處。觀察現(xiàn)象。 放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液 現(xiàn)象 結(jié)論 水分蒸發(fā)后，燃燒 水沒有防火的功能 水分蒸發(fā)后，不易燃燒 Na2SiO3溶液有防火的功能 資料卡片 1、硅硅

10、酸鹽組成的表示酸鹽組成的表示 硅酸鹽種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜、組成各異，通常用二氧化硅和金屬氧化物 的組合形式表示其組成。 物質(zhì)化學式氧化物表示形式 硅酸鈉Na2SiO3Na2OSiO2 石棉CaMg3Si4O12 長石KAlSi3O8 普通玻璃的大致組成：Na2OCaO6SiO2 水泥的主要成分：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3 黏土的主要成分：Al2O32SiO22H2O CaO3MgO 4SiO2 K2OAl2O36SiO2 2、用氧化物的形式表示硅酸鹽、用氧化物的形式表示硅酸鹽 寫出該硅酸鹽中所有氧化物寫出該硅酸鹽中所有氧化物 除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒

11、原則除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則 配置化學計量數(shù)配置化學計量數(shù) 氧化物放置順序：氧化物放置順序： .活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅二氧化硅水，水， .低價金屬氧化物低價金屬氧化物高價金屬氧化物高價金屬氧化物二氧化硅二氧化硅水，水， 例：例：石棉（石棉（ CaMg3Si4O12 ） （1）方法：）方法： （2）注意）注意 氧化物之間以氧化物之間以“”隔開，化學計量數(shù)配置若出現(xiàn)隔開，化學計量數(shù)配置若出現(xiàn) 分數(shù)應化為整數(shù)分數(shù)應化為整數(shù) 例如：例如：長石長石KAlSi3O8 在硅酸鹽的氧化物的表示式中，氧化物前面的化在硅酸鹽的氧化物的表示式中，氧

12、化物前面的化 學計量數(shù)只對該氧化物起作用，對其他氧化物不起學計量數(shù)只對該氧化物起作用，對其他氧化物不起 作用作用 例如：例如：2MgO SiO2 陶瓷、玻璃、水泥等，是使用量最大的無機非金屬材料。陶瓷、玻璃、水泥等，是使用量最大的無機非金屬材料。 日常生活中用到的陶瓷陶瓷，主要是傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷。它們都是以黏黏 土土為原料，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。 普通玻璃普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂純堿、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）為主要原 料，經(jīng)混合、磨碎，在玻璃窯中熔融制得的。改變成分和生產(chǎn)工藝， 可以制得具有不同用途的玻璃。 水泥水泥以黏土和石灰石黏土和石灰石為主要原料，經(jīng)研磨、混合后在水泥回轉(zhuǎn) 窯中

13、煅燒，再加入適量石膏，研成細粉就得到普通水泥。 2.傳統(tǒng)無機非金屬材料 SiO2 (1)玻璃和水泥： 玻璃玻璃水泥水泥 原料原料 設備設備 化學方程式化學方程式 復雜的物理、化復雜的物理、化 學變化學變化 主要成分主要成分3CaOSiO2、 2CaOSiO2、 3CaOAl2O3 主要性質(zhì)主要性質(zhì)具有水硬性具有水硬性 純堿、石灰石、石英石灰石、黏土 玻璃熔爐 水泥回轉(zhuǎn)窯 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 無固定的熔點無固定的熔點 (2)陶瓷： 生產(chǎn)原料：_。重要性質(zhì)：耐酸堿侵蝕 黏土 碳化硅（SiC，俗稱金剛砂），具有金剛石結(jié)構(gòu)，硬度很大， 含4%硅的硅鋼具有很高的導磁性， 人工合成的硅

14、橡膠是目前最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠， 人工制造的分子篩（一種具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽）， 可用作砂紙、砂輪的磨料。 主要用作變壓器的鐵芯。 主要用作吸附劑和催化劑的載體。 用于制造火箭、導彈、飛機的零件和絕緣材料。 三、硅單質(zhì)三、硅單質(zhì) 單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種。晶體硅的結(jié)構(gòu)現(xiàn)金剛石類似，它是帶有 金屬光澤的灰黑色固體，熔點高、硬度大、有脆性，在常溫下化學性質(zhì) 不活潑。 （1）常溫下，硅能與氟氣、氫氟酸和強堿溶液反應： Si2F2SiF4 Si4HFSiF4 2H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2 (2)加熱時，能與O2、Cl2 、C反 應：Si O2 _ SiO2 Si+2C

15、l2 SiCl4 Si+C=SiC 高溫 硅在元素周期表中處于金屬和非金屬的過渡位置。 晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好 的半導體材料。半導體材料。 硅是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的常用材料。利用高純 硅的半導體性能，可以制成光電池光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化 為電能。 閱讀教材P107至P108，完成以下問題： 1半導體材料 特指導電能力介于_和_之間的一類材料，最 早使用的半導體材料是_，現(xiàn)在使用最廣泛的半導體材 料是_。 2硅的存在 在地殼里，硅的含量僅次于_，全部以_態(tài)存在，主 要存在形式為二氧化硅和_。 3單質(zhì)硅 (1)物理性質(zhì)： 顏色顏色光澤光澤熔點熔點質(zhì)地質(zhì)地導電性導電性 有有_光澤

16、光澤 灰黑色 金屬 很高硬而脆半導體 導體絕緣體 鍺 硅 氧化合 硅酸鹽 小結(jié)：小結(jié)： 一、二氧化硅和硅一、二氧化硅和硅酸酸 1、二氧化硅的物理性質(zhì)、化學性、二氧化硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)質(zhì) 2、硅酸的化學性質(zhì)及制、硅酸的化學性質(zhì)及制取取 二、硅酸鹽和單晶二、硅酸鹽和單晶硅硅 1、硅酸鹽的組成和性、硅酸鹽的組成和性質(zhì)質(zhì) 2、單晶硅的性質(zhì)和用途、單晶硅的性質(zhì)和用途 試劑試劑 二氧化硅二氧化硅 氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液 氫氟酸氫氟酸 濃硫酸濃硫酸 試劑瓶試劑瓶 細口磨口塞細口磨口塞 廣口瓶廣口瓶 細口塑料瓶細口塑料瓶 細口橡皮塞細口橡皮塞 1、 實驗室有五種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，實驗室有五種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)， 必須選擇適當?shù)脑噭┢渴⒎牛堅趯母鞣N試劑必須選擇適當?shù)脑噭┢渴⒎?，請在對應的各種試劑 瓶和所裝試劑之間進行連線。瓶和所裝試劑之間進行連線。 2、下列說法正確的是（、下列說法正確的是（ ） ASiO2