高一化學(xué)必修一第四章第一節(jié)硅課件

1、2021/3/2612021/3/262第四章第一節(jié) 硅 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料的主角-硅 2021/3/263硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3%2021/3/264 硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總沙子和土壤、約占地殼總量的量的90%90%以上。以上。 自然界有沒有游離態(tài)的硅自然界有沒有游離態(tài)的硅?2021/3

2、/265 一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料太陽能電池太陽能電池觀察以下三幅圖觀察以下三幅圖,晶體硅具有怎樣晶體硅具有怎樣的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)?2021/3/266晶體硅的物理性質(zhì)晶體硅的物理性質(zhì)晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。硅是非金屬硅是非金屬,為何會具有金屬的性質(zhì)為何會具有金屬的性質(zhì)?2021/3/267處于金屬非金屬的交界處最早應(yīng)用的半導(dǎo)體材料應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料2021/3/268從晶體結(jié)構(gòu)及原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識從晶體結(jié)構(gòu)及原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅硅,并總結(jié)硅并總結(jié)硅的化學(xué)性質(zhì)。的化學(xué)性質(zhì)。硅與碳一樣硅與

3、碳一樣,最外層最外層4個電個電子子,在化學(xué)反應(yīng)中既不易在化學(xué)反應(yīng)中既不易失去又不易得到電子失去又不易得到電子,主主要形成要形成正四價正四價化合物?；衔铩２换顫姴换顫?021/3/2692、化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不活潑（1 1）常溫下）常溫下與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿反應(yīng)與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿反應(yīng)Si+2NaOH+H ONa SiO +2H（2 2）加熱）加熱Si+O SiO常溫下很穩(wěn)定常溫下很穩(wěn)定,不易與氫氣、氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。不易與氫氣、氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。為何自然界為何自然界沒有游離態(tài)沒有游離態(tài)的硅的硅?硅是親氧元素硅是親氧元素,在地殼形成的在地殼形成的高溫環(huán)境條

4、件高溫環(huán)境條件下下,硅與氧形成硅與氧形成穩(wěn)定的穩(wěn)定的SiO22021/3/2610硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的計算機(jī)技術(shù)都硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的計算機(jī)技術(shù)都需要有高純度的硅才能實現(xiàn)需要有高純度的硅才能實現(xiàn),工業(yè)上是如何獲得工業(yè)上是如何獲得單質(zhì)硅的呢單質(zhì)硅的呢?資料資料:據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明:SiO2+2C=Si+2CO 反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為T1766.88K. SiO2+C=Si+2CO2反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為T2521.18K. 如果你是工廠管理者如果你是工廠管理者,你會選則哪個溫度你會選則哪個溫度?為什么為什么?高溫高溫溫度高溫度

5、高,對設(shè)備的要求也高對設(shè)備的要求也高,所需費(fèi)用也高所需費(fèi)用也高,不經(jīng)濟(jì)。不經(jīng)濟(jì)。反應(yīng)得到的反應(yīng)得到的是粗硅是粗硅,還需還需提純。提純。2021/3/26113 3、單質(zhì)硅的制取、單質(zhì)硅的制取SiO +2C Si+2CO高溫高溫粗制粗制精制精制Si+2Cl SiCl高溫高溫SiCl +2H Si+4HCl高溫高溫置換反應(yīng)置換反應(yīng)2021/3/2612價值價值5元的沙子元的沙子SiO2Si點沙成金價值價值5000元的芯片元的芯片2021/3/2613制集成電路、晶體管、硅整流器等制集成電路、晶體管、硅整流器等 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料含硅含硅4%的鋼可制的鋼可制變壓器鐵芯變壓器鐵芯含硅含硅15%的鋼具

6、有耐酸性的鋼具有耐酸性,制制耐酸設(shè)耐酸設(shè) 備備半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料;硅芯片硅芯片太陽能電池太陽能電池2021/3/2614晶體管、集成電路、硅整流器、太陽能電晶體管、集成電路、硅整流器、太陽能電池、硅合金等。池、硅合金等。 3、硅的用途硅的用途( (半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料) )晶體管晶體管集成電路集成電路硅芯片硅芯片2021/3/2615衛(wèi)星的翅膀衛(wèi)星的翅膀太陽能汽車的尾巴太陽能汽車的尾巴在太陽能方面的利用2021/3/2616太陽能電池2021/3/2617 在美國舊金山在美國舊金山, ,有個最大的高科有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)技工業(yè)園區(qū), ,稱之為稱之為“硅谷硅谷”, ,它是它是現(xiàn)代電子工業(yè)和

7、計算機(jī)發(fā)展的基地?，F(xiàn)代電子工業(yè)和計算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計算機(jī)的心臟。晶體管是計算機(jī)的心臟。 硅在硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中的重要作用中的重要作用2021/3/2618二、二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石(天然)結(jié)晶形（石英）無定形（硅藻土，沙子）純凈的SiO2晶體叫做水晶。石英具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇?021/3/2619SiO2 的天然存在的天然存在:水晶水晶(純凈的二氧化硅純凈的二氧化硅)觀察觀察SiO2的外觀的外觀,總總結(jié)結(jié)SiO2物理性質(zhì)物理性質(zhì)2021/3/26

8、20石英水晶2021/3/2621紫水晶薔薇石英茶晶黃水晶2021/3/2622瑪瑙2021/3/26232.二氧化硅物理性質(zhì)二氧化硅物理性質(zhì):硬度大、熔點高、難溶于水硬度大、熔點高、難溶于水二氧化碳二氧化碳物理性質(zhì)物理性質(zhì):CO2是一種是一種 無無 色色能能溶于水的溶于水的 氣氣 體體,固態(tài)固態(tài)CO2俗稱俗稱干冰干冰。2021/3/26242021/3/2625SiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此性質(zhì)很穩(wěn)定 （2）化學(xué)性質(zhì):通常條件下,很穩(wěn)定2021/3/26261. 從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來分類來分類, SiO2屬于哪類物質(zhì)屬于哪類物質(zhì)?2. SiO2可能具有哪些

9、化學(xué)性質(zhì)可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)?2021/3/2627思考：思考：_高溫高溫 常用的礦物膠常用的礦物膠因為玻璃的主要成分是二氧化硅因為玻璃的主要成分是二氧化硅,易與堿液反易與堿液反應(yīng)生成對應(yīng)的硅酸鹽應(yīng)生成對應(yīng)的硅酸鹽,將瓶蓋粘合將瓶蓋粘合.SiOSiO2 2坩堝（陶瓷）能坩堝（陶瓷）能用來熔融燒堿用來熔融燒堿? ?2021/3/2628 SiO2+4HF=SiF4+2H2O注意注意:利用該反應(yīng)可以雕刻玻璃利用該反應(yīng)可以雕刻玻璃不能。因為玻璃瓶中含有的SiO2會與HF反應(yīng),最好用特制的塑料瓶.能否用玻璃試劑瓶盛氫氟酸,為什么?應(yīng)用什么瓶盛放?2021/3/2629在玻璃表面涂上一層石蠟在玻璃表面涂

10、上一層石蠟2021/3/2630在石蠟上雕刻出花紋在石蠟上雕刻出花紋, ,向向挖空部分加少量氫氟酸挖空部分加少量氫氟酸2021/3/2631洗掉酸并去掉石蠟洗掉酸并去掉石蠟2021/3/2632拓展拓展有人認(rèn)為有人認(rèn)為SiO2既能和堿反應(yīng)又能和酸反既能和堿反應(yīng)又能和酸反應(yīng)應(yīng),所以應(yīng)認(rèn)為它是一種兩性氧化物。你同意這種所以應(yīng)認(rèn)為它是一種兩性氧化物。你同意這種看法嗎看法嗎? 解答解答不同意這種看法。因為不同意這種看法。因為SiO2與與HF反反應(yīng)不能生成鹽應(yīng)不能生成鹽, ,而且它只能與而且它只能與HFHF反應(yīng)反應(yīng), ,與其與其他酸不反應(yīng)他酸不反應(yīng). .2021/3/2633小結(jié): 化合物化合物化學(xué)性質(zhì)

11、化學(xué)性質(zhì)二氧化碳二氧化碳( (CO2) )二氧化硅二氧化硅( (SiO2) )相相同同點點酸酸性性氧氧化化物物與強(qiáng)堿與強(qiáng)堿反應(yīng)反應(yīng)與堿性與堿性氧化物氧化物反應(yīng)反應(yīng)與水與水反應(yīng)反應(yīng) 弱氧化性弱氧化性 特殊性特殊性SiO2+CaO = CaSiO3 高溫CO2+H2O H2CO3 CO2+C = 2CO高溫 SiO2+2C = Si+2CO高溫SiO2+4HF= SiF4 +2H2O CO2+2NaOH = Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3與氫氟酸不反應(yīng)SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O不反應(yīng)酸性氧化物2021/3/2634（4 4）用途）用途裝飾品石英坩堝光導(dǎo)纖維石英手

12、表光學(xué)儀器耐磨器皿精密儀器軸承2021/3/2635石 英 制 品-2021/3/26362021/3/26372021/3/2638光導(dǎo)纖維光纜2021/3/2639光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡2021/3/2640二、硅酸二、硅酸(H2SiO3)很弱的酸很弱的酸, ,酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱, ,不能使指示劑變色不能使指示劑變色(2)(2)、不穩(wěn)定（比、不穩(wěn)定（比H H2 2COCO3 3穩(wěn)定）受熱易分解穩(wěn)定）受熱易分解: :難溶于水。難溶于水。白色膠狀固體白色膠狀固體H2SiO3 = SiO2+H2O 1、物理性質(zhì)、物理性質(zhì)2、化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)（1)與強(qiáng)堿反應(yīng)與強(qiáng)堿反應(yīng)2021/3/264

13、1思考思考: : 2021/3/2642向飽和向飽和NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中溶液中, ,滴入酚酞滴入酚酞, ,再滴再滴入稀鹽酸入稀鹽酸. .現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈紅色紅色, ,滴入鹽滴入鹽酸有酸有透明的硅酸凝膠透明的硅酸凝膠產(chǎn)生產(chǎn)生 NaNa2 2SiOSiO3 3呈堿性呈堿性, ,硅酸難溶于水硅酸難溶于水Na2SiO3+2HCl = H2SiO3( (膠體膠體) )+2NaCl 實驗實驗4-14-13、硅酸制備、硅酸制備如何通過反應(yīng)證明酸性比碳酸還弱如何通過反應(yīng)證明酸性比碳酸還弱?Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3

14、向硅酸鹽溶液中加入鹽酸或通入向硅酸鹽溶液中加入鹽酸或通入CO22021/3/2643Na2SiO3溶液大理石+稀鹽酸稀鹽酸大理石飽和碳酸氫鈉溶液硅酸鈉溶液學(xué)生實驗想一想敞口存放的硅酸鈉溶液為什么變渾濁？現(xiàn)象：生成白色凝膠結(jié)論：硅酸鈉溶液可以和CO2反應(yīng)生成硅酸，所以要密閉保存2021/3/2644 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(xì)口瓶細(xì)口瓶, ,磨口塞磨口塞廣口瓶廣口瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口瓶細(xì)口瓶, ,橡皮塞橡皮塞 1 1、實驗室有幾種試劑、實驗室有幾種試劑, ,根據(jù)它們各自根據(jù)它們各自的性質(zhì)的性質(zhì), ,選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎?。請在對選

15、擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎?。請在對?yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。線。2021/3/26452 2、下列說法正確的是（）、下列說法正確的是（）A ASiOSiO2 2溶于水顯酸性溶于水顯酸性B BCOCO2 2通入水玻璃通入水玻璃( (硅酸鈉的水溶液）硅酸鈉的水溶液）可可得硅酸得硅酸C CSiOSiO2 2是酸性氧化物是酸性氧化物, ,它不溶于任何酸它不溶于任何酸D DSiOSiO2 2晶體中不存在單個晶體中不存在單個SiOSiO2 2分子分子B D2021/3/26464 4、硅膠、硅膠 硅酸濃度較小硅酸濃度較小-硅酸溶膠硅酸溶膠, ,硅酸濃度較大硅酸濃度較大

16、- -硅酸凝膠硅酸凝膠 硅酸凝膠干燥脫水硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠硅酸干凝膠, ,稱為稱為硅硅膠膠, ,（SiOSiO2 2） 干燥劑干燥劑, ,催化劑催化劑載體載體 2021/3/2647原硅酸原硅酸H H4 4SiOSiO4 4白色膠狀沉淀白色膠狀沉淀, ,弱酸弱酸硅酸可看成原硅酸失去一個水得到的硅酸可看成原硅酸失去一個水得到的2021/3/2648三、硅酸鹽三、硅酸鹽2 2、大多不溶于水、大多不溶于水, ,化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定1 1、是由、是由硅、氧硅、氧和和金屬金屬組成的化合物的總稱。組成的化合物的總稱。3 3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜, ,用用SiO2SiO2和和金屬氧化物金屬氧化

17、物組合形式組合形式表示表示金屬氧化物寫在前面金屬氧化物寫在前面,再寫再寫SiO2,最后寫最后寫H2O;氧化物之氧化物之間用間用“ ”隔開。隔開。: :改寫后應(yīng)與改寫后應(yīng)與原來化學(xué)式中的原子個數(shù)比原來化學(xué)式中的原子個數(shù)比一樣。一樣。粘土粘土:Al2(Si2O5)(OH)4 長石長石:kAlSi3O8K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O2021/3/2649放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3溶液溶液實驗實驗4-2現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論水份蒸發(fā)后燃燒水份蒸發(fā)后燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后水份蒸發(fā)后,失去防火失去防火作用作用防火效果好防火效果好,用作防用作防火劑火

18、劑（2 2）用途）用途: :水玻璃是無色粘稠的液體水玻璃是無色粘稠的液體, ,不能燃燒不能燃燒, ,不易被腐蝕不易被腐蝕, ,熱穩(wěn)定性強(qiáng)。熱穩(wěn)定性強(qiáng)?？捎米鞣试硖盍峡捎米鞣试硖盍? ,木材、織物的木材、織物的防腐劑和防火劑防腐劑和防火劑, ,建筑、紙張建筑、紙張的黏膠劑。的黏膠劑。 4 4、 NaNa2 2SiOSiO3 3: :最簡單的硅酸鹽最簡單的硅酸鹽, ,易易溶于水溶于水, ,其水溶其水溶液俗稱為液俗稱為水玻璃水玻璃, ,水溶液顯水溶液顯堿堿性性?？梢杂糜诳梢杂糜谥苽涔枘z和木材防火制備硅膠和木材防火劑劑2021/3/2650教材教材:P78:P78新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷

19、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等傳統(tǒng)傳統(tǒng)無機(jī)無機(jī)非金非金屬材屬材料料2021/3/2651（1 1）陶瓷的制備）陶瓷的制備原料原料: :黏土黏土高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié)2021/3/2652（2）水泥的制備）水泥的制備:a.原料原料:黏土黏土(SiO2 )、石灰石、石膏（適量）、石灰石、石膏（適量）b.設(shè)備設(shè)備:水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯c.條件條件:高溫鍛燒高溫鍛燒2021/3/2653水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯2021/3/26543）玻璃）玻璃A.原料原料:純堿、石灰石、過量石英（純堿、石灰石、過量石英（SiO2)B.設(shè)備設(shè)備:玻璃熔爐玻璃熔爐C.條件條件:高溫熔融高溫熔融D.

20、成分成分: Na2SiO3 、CaSiO3 、SiO2E.主要反應(yīng)主要反應(yīng):Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2F.種類種類:普通玻璃、鋼化玻璃、有色玻璃、光學(xué)普通玻璃、鋼化玻璃、有色玻璃、光學(xué)玻璃、防彈玻璃、鉛玻璃等玻璃、防彈玻璃、鉛玻璃等1 : 1 : 61 : 1 : 42021/3/2655新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）壓電陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)陶瓷2021/3/2656氮化硅陶瓷氧化鋁透明陶瓷管2021/3/2657具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅碳化硅（SiC

21、SiC俗稱金俗稱金剛砂）剛砂）, ,具有金剛石具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大的結(jié)構(gòu)。硬度很大, ,用作砂紙、砂輪的用作砂紙、砂輪的磨料。磨料。 硅硅 鋼鋼（鐵合金）（鐵合金）導(dǎo)磁性良好導(dǎo)磁性良好, ,用作用作變壓器鐵芯變壓器鐵芯2021/3/2658分子篩分子篩:具有均勻微孔結(jié)具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽構(gòu)的鋁硅酸鹽Na 2OAl 2O3 2SiO2 nH 2O 主要作吸附劑和催化劑主要作吸附劑和催化劑硅橡膠硅橡膠:既耐高溫又既耐高溫又耐低溫耐低溫制造飛機(jī)、火箭、制造飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈的零件和絕緣導(dǎo)彈的零件和絕緣材料材料2021/3/26591用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的用二氧化硅和金屬氧

22、化物的形式表示硅酸鹽的 組組 成成,不正確的是不正確的是()A鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O103H2O) CaOAl2O33SiO23H2OB鎂橄欖石鎂橄欖石(Mg2SiO4) 2MgOSiO2C長石長石(KAlSi3O8) K2OAl2O33SiO2D高嶺石高嶺石Al2Si2O5(OH)4 Al2O32SiO22H2O C2 2屬于硅酸鹽材料的是屬于硅酸鹽材料的是( () ) 水泥玻璃陶瓷水晶水泥玻璃陶瓷水晶 A A B B C C D DD2021/3/26603 3下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途敘述不正確的是下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途敘述不正確的是 ( () )A A水玻璃是一種礦物膠水

23、玻璃是一種礦物膠, ,不能燃燒不能燃燒B B在建筑工業(yè)上可作黏合劑在建筑工業(yè)上可作黏合劑C C木材、織物浸過水玻璃后木材、織物浸過水玻璃后, ,不易燃燒不易燃燒 D D水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定, ,在空氣中不易變質(zhì)在空氣中不易變質(zhì)D2021/3/2661當(dāng)堂檢測當(dāng)堂檢測1.有關(guān)硅元素的下列敘述中正確的是（有關(guān)硅元素的下列敘述中正確的是（ ）A硅與任何酸都不反應(yīng)硅與任何酸都不反應(yīng) B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、約占地殼總量的殼總量的90%以上。以上。C硅的性質(zhì)很穩(wěn)定硅的性質(zhì)很穩(wěn)定,在自然界以游離態(tài)存在在自然界以游離態(tài)存在D.晶體硅和無定形硅是同種物質(zhì)晶體硅和無定形硅是同種物質(zhì)2、在濃硝酸、在濃硝酸 水水 鹽酸鹽酸 氫氟酸氫氟酸 氫氧化鉀溶液中氫氧化鉀溶液中,能與二氧化硅起能與二氧化硅起化學(xué)反應(yīng)的有化學(xué)反應(yīng)的有 （ ）A . B. C. D. 3、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中, 但不能用磨口玻璃塞的是但不能用磨口玻璃塞的是:( )A.氫氟酸氫氟酸 B.濃硝酸濃硝酸C.NaOH溶液溶液 D.氯