化學(xué)必修《無機(jī)非金屬材料的主角硅》教學(xué).ppt

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第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅,第四章非金屬及其化合物,第二課時硅酸鹽和單質(zhì)硅,第一課時二氧化硅和硅酸,第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角-硅,,,第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅,第一課時二氧化硅和硅酸,,硅及二氧化硅的性質(zhì),（一）硅元素在自然界中的存在和含量（二）硅元素的位置與結(jié)構(gòu)（三）二氧化硅和硅酸1.二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.硅酸制取原理和性質(zhì)和硅膠的用途3.探究硅酸的酸性比碳酸弱的實(shí)驗(yàn)事實(shí),本課知識點(diǎn),硅單質(zhì)（Si）,硅太陽能電池,硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心,晶體硅的存在及用途,美國的硅谷——“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長48公里，寬16公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界90％以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。,硅谷SiliconValley,通過下列圖片你能總結(jié)歸納出硅元素在自然界中的存在形式嗎？,觀察與思考,硅的存在及性質(zhì),1.自然界硅元素主要存在于:巖石、沙子和土壤,2.地殼中的含量:排在第二位,氧的后面.,3.自然界硅存在的形態(tài):硅無游離單質(zhì)狀態(tài)，只有化合態(tài)。常常有硅的氧化物和硅酸鹽,(一)硅元素在自然界中的存在和含量,,硅的存在及性質(zhì),,你能畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并歸納出硅與碳在元素周期表中的位置與結(jié)構(gòu)嗎？,(二)硅在周期表中的位置與結(jié)構(gòu),C,Si,硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì),碳在第三周期、硅在第四周期且都在周期表中的第四主族,最外層有四個電子，既不易失去電子，也不易得到電子。所以硅的化學(xué)性質(zhì)不如碳活潑,主要形成正四價化合物，碳和硅都是親氧元素，但是硅的親氧能力更強(qiáng)。因此碳和硅在自然界中存在形式有所不同。,(二)硅在周期表中的位置與結(jié)構(gòu),硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì),,,美麗的玻璃雕花藝術(shù),,水晶,水晶制品,,瑪瑙,瓷器是中國最偉大的創(chuàng)造之一，所以中國被譽(yù)為“瓷國”,秦磚漢瓦,秦始皇陵兵馬俑,秦始皇陵兵馬俑,三峽大壩,二氧化硅的存在,1、二氧化硅（SiO2）,結(jié)晶形（石英晶體）無定形——硅藻土,,二氧化硅的存在,什么是石英、水晶、瑪瑙？,？,具有彩色環(huán)狀或?qū)訝畹氖⒎Q為瑪瑙,資料卡片,在25℃和101kPa的條件下，由單質(zhì)碳生成1molCO2時放熱393.5kJ；而在同樣條件下，1mol硅生成1molSiO2時放熱910.9kJ。放熱越多，其生成物通常越穩(wěn)定，可見SiO2比CO2更容易生成，而且更穩(wěn)定。,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),SiO2的晶體結(jié)構(gòu),晶體Si的結(jié)構(gòu),科學(xué)視野,單質(zhì)硅和SiO2都是正四面體結(jié)構(gòu)。性質(zhì)很穩(wěn)定,二氧化硅的結(jié)構(gòu),二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),,二氧化硅的結(jié)構(gòu),每1個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，Si在中心，O在四個頂角，同時每1個O原子周圍結(jié)合2個Si原子,二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1用SiO2來表示二氧化硅的組成，表示O與Si的原子個數(shù)比，不是分子式，是化學(xué)式,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),二氧化硅的結(jié)構(gòu),根據(jù)上述二氧化硅的結(jié)構(gòu)及學(xué)過的二氧化碳的性質(zhì)你能否判斷SiO2的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)呢？,,主要用作裝飾物、石英坩堝、光導(dǎo)纖維等,二氧化硅的性質(zhì),(2)SiO2的物理性質(zhì),堅(jiān)硬難熔固體，不溶于水,,,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,CO2+CaO=CaCO3,不反應(yīng),SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O,SiO2＋CaO=CaSiO3,,,,,固態(tài),熔點(diǎn)低,氣態(tài),,熔點(diǎn)高、硬度大,,,SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O,人工降雨，滅火等,裝飾、石英坩堝、光纖,二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)比較,從表中可以看出，二氧化硅能與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽和水，是一種酸性氧化物，它不能通過溶于水得到相應(yīng)的酸——硅酸。酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應(yīng)原理。以上兩點(diǎn)，屬二氧化硅的特性。由此，我們總結(jié)出二氧化硅的主要化學(xué)性質(zhì)為：不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。,二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)比較,二氧化硅的化學(xué)性質(zhì),1.是酸性氧化物2.能與堿反應(yīng)3.能與堿性氧化物反應(yīng)4.能與氫氟酸反應(yīng)（特性）,【小結(jié)】,二氧化硅與生產(chǎn)生活,1,實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？,NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成可溶于水的Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O,實(shí)驗(yàn)室盛放氫氧化鈉溶液的試劑瓶,你知道嗎？,二氧化硅的性質(zhì)和用途,HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O,3.某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與堿反應(yīng),也能與氫氟酸反應(yīng),推斷SiO2為兩性氧化物.是否正確?,2.實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？,此反應(yīng)常用于雕刻玻璃,不正確。因?yàn)槎趸韪鷼浞岱磻?yīng)產(chǎn)物不是鹽和水，所以不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。,SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O,二氧化硅的性質(zhì)和用途,高純度的硅是常見的最重要的半導(dǎo)體材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常見的重要的含硅無機(jī)非金屬材料。,沙子――硅――芯片――計(jì)算機(jī)沙子――………―――光導(dǎo)纖維計(jì)算機(jī)光通信,你能在沙子與計(jì)算機(jī)之間、沙子與計(jì)算機(jī)光通信之間建立起某種聯(lián)系嗎?,Si,價值5000元的芯片,,,,光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈,用光導(dǎo)纖維做無開刀手術(shù),光學(xué)纖維胃鏡,二氧化硅的現(xiàn)代應(yīng)用,二氧化硅難溶于水，那么如何制得硅酸呢？,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”。,硅酸是一種弱酸，不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。,——常用做干燥劑,2、硅酸（H2SiO3）,想一想,(1)性質(zhì):,(2)制備:,【用途】：生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。常常用做干燥劑。,如何制取硅酸?,硅酸鈉溶液、酚酞、稀鹽酸、稀硫酸,實(shí)驗(yàn)原理：,實(shí)驗(yàn)探究,Na2SiO3,+______,,H2SiO3,實(shí)驗(yàn)試劑：,硅酸的性質(zhì)和用途,制取原理：強(qiáng)酸制弱酸,,,滴入酚酞后溶液變紅，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，同時有白色膠狀沉淀產(chǎn)生,a.Na2SiO3溶液呈堿性。b.可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，c.先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠.d.靜置則形成硅酸沉淀。,Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3（膠體）,SiO32-+2H+==H2SiO3（膠體）,硅酸的性質(zhì)和用途,【方法步驟】：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸,閱讀課本P76探究實(shí)驗(yàn)4-1,,硅膠泳帽,硅膠干燥劑,說明硅膠具有哪些性質(zhì)？,1.了解硅元素在自然界中的存在和含量，從硅元素的位置與結(jié)構(gòu)推知其親氧性存在的兩種化合物———二氧化硅和硅酸。2.二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)3.硅酸制取原理、性質(zhì)和硅膠的用途4.硅酸的酸性比碳酸弱的實(shí)驗(yàn)事實(shí),,2.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn),,,教學(xué)重點(diǎn),,,教學(xué)難點(diǎn),,,,二氧化硅的結(jié)構(gòu),二氧化硅的性質(zhì)和硅酸的制備,課堂練習(xí),1.地殼中含量第一和第二的兩種元素所形成的化合物不具有的性質(zhì)是（）A.熔點(diǎn)很高B.與水反應(yīng)生成對應(yīng)的酸C.可與燒堿反應(yīng)生成鹽D.堅(jiān)硬,2.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,B,3、下列試劑能貯存在磨口玻璃塞的試劑瓶里的是（）A.HF溶液B.KOH溶液C.鹽酸D.水玻璃,C,4.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水B.CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C.高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2D.氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成硅酸沉淀,B,課堂練習(xí),6.下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學(xué)反應(yīng)完成的是（）A.CO2→H2CO3B.SiO2→Na2SiO3C.Na2O→Na2CO3D.SiO2→H2SiO3,5.能將Na2SiO3、CaCO3、SiO2三種白色粉末鑒別開來的試劑是（）A.NaOH溶液B.水C.氫氟酸D.稀鹽酸,D,D,課堂練習(xí),,作業(yè)：課本P80——1、2、7、9、10,第四章非金屬及其化合物,第二課時硅酸鹽、硅單質(zhì),,,三、硅酸鹽和硅單質(zhì),第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅,本課學(xué)習(xí)內(nèi)容1.硅酸鹽的定義、性質(zhì)和表示方法及工業(yè)產(chǎn)品2.硅酸鈉的性質(zhì)和用途3.硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)白色渾濁的原因。4.硅單質(zhì)的性質(zhì)及廣泛應(yīng)用,硅酸鹽的豐富性和多樣性,人面魚紋盆,科學(xué)視野,普通玻璃:Na2OCaO6SiO2,陶瓷,日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具,具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽——分子篩,生物陶瓷——人造骨,硅酸鹽,1、定義：,,硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱,2、性質(zhì)：,硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，K2SiO3,三、硅酸鹽硅酸鹽的存在形式、性質(zhì)、工業(yè)制備和用途,1、硅酸鹽組成的表示方法：,（1）化學(xué)式法：,適用于簡單的硅酸鹽如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。,,活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。硅酸鈉：Na2SiO3——Na2OSiO2硅酸鈣：CaSiO3——CaOSiO2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4——Al2O32SiO22H2O正長石：KAlSiO3不能寫成K2OAl2O33SiO2,應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2,（2）氧化物法,資料卡片,2、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化,硅酸鹽礦石長期受到空氣中的二氧化碳和水的侵蝕后,逐漸風(fēng)化分解,生成的可溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤膠體，因其表面巨大且一般帶負(fù)電，能吸附NH4+，K+等營養(yǎng)離子，從而具有保肥能力。,硅酸鹽是如何具有保肥能力的？,思考,3、硅酸鈉（Na2SiO3）,硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏性很強(qiáng)，可以作黏膠劑和木材防火劑。,閱讀課本P65并探究實(shí)驗(yàn)4-2,水分蒸發(fā)后燃燒,水分蒸干后不燃燒,硅酸鈉能防火,水不能防火,（1）物理性質(zhì),1.硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？2.將用水玻璃浸過的、長期存放的鮮蛋敲碎，你會看到什么現(xiàn)象？,硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)白色渾濁。因?yàn)榘l(fā)生下列反應(yīng)：,Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓,能說明硅酸的酸性比二氧化碳酸性弱,觀察到鮮蛋沒有壞——用作防腐劑,（2）硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì),硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好。,①與酸反應(yīng),Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓,②與鹽反應(yīng),CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3↓+2NaCl,（3）硅酸鈉的用途,可以作肥皂填料，可以用做建筑、紙張的黏合劑和木材、織物的防腐劑及防火劑,6.硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品,傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)三大產(chǎn)品有：——玻璃、陶瓷、水泥。,你認(rèn)識這些常見的硅酸鹽產(chǎn)品嗎,應(yīng)用廣泛的硅酸鹽產(chǎn)品,,1.硅酸鈉溶液俗稱水玻璃,呈堿性，下列物質(zhì)中,能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放的是()A.濃硫酸B.水玻璃C.氫氟酸D苛性堿,A,2.下列物質(zhì)中能跟SiO2發(fā)生反應(yīng)的是()A鹽酸B硝酸C硫酸D燒堿溶液,D,練一練,四、硅單質(zhì),四、硅單質(zhì)（Si）,2.物理性質(zhì)：,3.化學(xué)性質(zhì),有金屬光澤的灰黑色固體，,1.存在形式,晶體硅,無定形硅,你能根據(jù)硅的原子結(jié)構(gòu)推測硅單質(zhì)可能具有的化學(xué)性質(zhì),晶體硅的結(jié)構(gòu)模型,熔點(diǎn)高，硬度大。,,②在高溫條件下，單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。,①常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH溶液反應(yīng)。,Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑,Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑,Si＋O2SiO2,3、化學(xué)性質(zhì),工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗硅，粗硅跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到SiCl4后，再用氫氣還原制得純硅：,4.硅的工業(yè)制備,硅單質(zhì),SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①,Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②,SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③,工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗硅（SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①），粗硅能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到SiCl4后，再用氫氣還原制得純硅（Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②，SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③)。根據(jù)以上反應(yīng)回答下列問題（1）反應(yīng)①中焦炭做（）A.還原劑B.氧化劑C.二者都不是（2）反應(yīng)②屬于（），反應(yīng)③屬于（）A.化合反應(yīng)B.分解反應(yīng)C.氧化還原反應(yīng)D.非氧化還原反應(yīng)E.置換反應(yīng),練一練,A,AC,CE,5、用途：太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片以及半導(dǎo)體材料信息技術(shù)等材料和人造衛(wèi)星、登月車、火星探測器等動力設(shè)備新能源。,硅太陽能電池,硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心,觀看下列圖片總結(jié)單質(zhì)硅的用途,【練習(xí)】1.下列說法正確的是（）A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品B.水晶、瑪瑙、光纖、硅膠的主要成分都是SiO2C.SiO2很穩(wěn)定，與所有的酸都不反應(yīng)D.將石棉（CaMg3Si4O12）化學(xué)式改寫成氧化物的形式：3(MgOCaO)4SiO2,A,,科學(xué)視野,新型陶瓷,人造關(guān)節(jié),高壓鈉燈,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷1.氧化鋁陶瓷,陶瓷機(jī)械零件,1.硅酸鹽的定義、表示方法及工業(yè)產(chǎn)品.2.硅酸鈉的性質(zhì)和用途3.硅單質(zhì)的存在形式、性質(zhì)、工業(yè)制備和用途4.硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)白色渾濁的原因。,四、典型例題,1.石英砂(主要成分為SiO2)是一種常用工業(yè)原料,其中?；煊猩倭刻妓徕},要除去石英砂中的少量碳酸鈣,應(yīng)采用的方法是()A.用水溶解后過濾分離B.用稀硫酸溶解后過濾分離C.用酒精燈加熱D.用稀鹽酸溶解后過濾分離,D,,2．銀耳本身為淡黃色，不法商販生產(chǎn)出一種“雪耳”，顏色潔白如雪。其制作過程如下：將銀耳堆放在密封狀況良好的塑料棚內(nèi)，棚的一端置一口鍋，鍋內(nèi)放硫磺，加熱使硫磺熔化并燃燒，兩天左右，“雪耳”就制成了。這種“雪耳”對人體是有害的。將銀耳制作成“雪耳”利用了()A．硫的還原性B．硫的氧化性C．二氧化硫的還原性D．二氧化硫的漂白性,D,四、典型例題,3．已知在水溶液中，硝酸能將SO2氧化成SO42—。碳與濃硫酸共熱產(chǎn)生的氣體X和銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體Y同時通入盛有足量氯化鋇溶液的洗氣瓶中（如圖裝置）。下列說法中正確的是（）,CD,A．洗氣瓶中產(chǎn)生的沉淀是碳酸鋇B．從Z導(dǎo)管口出來的氣體中無二氧化碳C．洗氣瓶中產(chǎn)生的沉淀是硫酸鋇D．在Z導(dǎo)管口有紅棕色氣體出現(xiàn),四、典型例題,作業(yè)：課本P61——4、5、7、9,,