高中化學(xué) 4.1《無機(jī)非金屬材料的主角-硅》課件1 新人教版必修1.ppt

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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,,,,硅元素(silicon)在地殼中的含量,氧48.6%,硅26.3%,鋁7.73%,鐵4.75%,鈣3.45%,鈉2.74%,鉀2.47%,硅26.3%,硅的分布與存在,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90%以上。,硅是一種親氧元素,在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態(tài)存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。,第ⅣA族的二兄弟碳和硅—豪門二杰,構(gòu)成了地殼大部分巖石、沙子和土壤，“統(tǒng)治了地殼”硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素,“統(tǒng)治無機(jī)礦物界”,硅酸鹽工業(yè)的陶瓷、玻璃、水泥等使人類生活日新月異,1、存在形式,{,晶體硅,無定形硅,硅有晶體硅和無定形硅兩種。,一、硅單質(zhì),,2、物理性質(zhì)：,晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)(1410℃)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。,導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。,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？,硅的原子結(jié)構(gòu),硅原子和碳原子的最外電子層均有4個(gè)電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。,C,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、硅單質(zhì)的化學(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),（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),A,AC,CE,做一做,SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①,Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②,SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③,根據(jù)以下反應(yīng)回答下列問題：,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,硅單質(zhì),觀看下列圖片總結(jié)單質(zhì)硅的用途,硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點(diǎn)很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在。,二、二氧化硅和硅酸,SiO2是硅的重要化合物。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)晶形和無定形兩大類，通稱硅石。,（一）、二氧化硅,1、存在,硅石（12%）,,結(jié)晶形（石英晶體）,無定形——硅藻土,SiO2是硅的重要化合物。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)晶形和無定形兩大類，通稱硅石。,石英,水晶,晶體二氧化硅,紫水晶,薔薇石英,茶晶,黃水晶,晶體二氧化硅,瑪瑙,晶體二氧化硅,硅藻土中國硅藻土資源豐富。全國10個(gè)省(區(qū))有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有354處，總保有儲量礦石3.85億噸。僅次于美國，居世界第2位。在地區(qū)分布上，以吉林最多，占全國儲量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。礦床類型主要為火山物源沉積型礦床(吉林長白、山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等)和陸源沉積型(云南尋甸、四川米易硅藻土礦等)礦床。成礦時(shí)代集中在第三紀(jì)和第四紀(jì)，以第三紀(jì)為主。,無定形二氧化硅,二氧化硅的用途,二氧化硅的用途,二氧化硅的用途,光導(dǎo)纖維,二氧化硅的用途,危害：在隧道開鑿，石英粉加工等工作環(huán)境下易形成含有二氧化硅的粉塵，人長期吸入含有二氧化硅的粉塵，就會患硅肺病（舊稱矽肺）。,思考與交流,物理性質(zhì):_____________________________,化學(xué)穩(wěn)定性:_________________________,通常條件下，很穩(wěn)定,硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水,思考,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,,,Si,,O,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,SiO2是由Si和O按1：2的比例組成的立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沒有SiO2分子存在，只存在硅氧原子。因此性質(zhì)很穩(wěn)定,CDE,下列說法錯(cuò)誤的是（）A.SiO2是二氧化硅的化學(xué)式B.SiO2晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體C.[SiO4]四面體只存在于二氧化硅晶體中D.沙子里含無定形二氧化硅E.石英就是水晶F.SiO2從古到今被人類廣泛地應(yīng)用著，是因?yàn)镾iO2的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和它在自然界的廣泛存在,“火眼金睛”,化學(xué)性質(zhì)很不活潑，氫氟酸（HF）是唯一可以與之反應(yīng)的酸。,SiO2+4HF=SiF4?+2H2O,化學(xué)性質(zhì):,實(shí)驗(yàn)室能不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸？,注意：玻璃中含有SiO2，所以可以用HF來刻蝕玻璃。,（1）特性：,2.酸性氧化物,化學(xué)性質(zhì):,因?yàn)椴Ａе泻蠸iO2，會與NaOH反應(yīng)生成硅酸鈉，使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開。,,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？,,與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽,與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水,3、與鹽反應(yīng)：,(所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。),4、弱氧化性：,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?,?,思考與交流,SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較,CO2+H2O=H2CO3,,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+CaO==CaSiO3,高溫,——,——,酸性氧化物,與堿性氧化物反應(yīng),與堿反應(yīng),與水反應(yīng),與氫氟酸反應(yīng),Na2CO3+CO2===2NaHCO3CaCO3+CO2===Ca(HCO3)2,與鹽反應(yīng),我們知道二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，但是SiO2不能與水直接化合成H2SiO3，這是一個(gè)特例。,思考：SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎樣制備H2SiO3呢？,思考2,,制取原理：強(qiáng)酸制弱酸,,①滴入酚酞溶液呈紅色,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（膠體）+2NaCl,②再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，有透明膠凍狀物質(zhì)產(chǎn)生,SiO32-+2H+==H2SiO3（膠體）,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,硅酸是一種白色粉末狀的固體，它不溶于水；是一種很弱的酸，不能使指示劑變色。,二、硅酸(),H2SiO3,問一問,硅酸鈉水溶液久置在空氣中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？,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)：,SiO32-+H2O+CO2==CO32-+H2SiO3↓,Na2SiO3+H2O+CO2==Na2CO3+H2SiO3↓,CO2通入下列各溶液中，無明顯現(xiàn)象發(fā)生的是（）A、氯化鈣溶液B、澄清石灰水C、硅酸鈉溶液,A,合作討論：,H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O,（2）不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解,化學(xué)性質(zhì):,①弱酸性。只能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng),生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠（能流動），當(dāng)硅酸的濃度較大時(shí)，就會形成硅酸凝膠（不能流動），硅酸凝膠經(jīng)過干燥脫水就形成硅膠。硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實(shí)驗(yàn)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。,用途：,1、定義：,,硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱,2、性質(zhì)：,硅酸鹽種類很多，是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多數(shù)不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。,3、表示方法：,（1）化學(xué)式法：,適用于簡單的硅酸鹽如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。,三、硅酸鹽,,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(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。硅酸鈉：Na2SiO3Na2OSiO2硅酸鈣：CaSiO3CaOSiO2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4Al2O32SiO22H2O正長石：KAlSi3O8不能寫K2OAl2O33SiO2，應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2,（2）氧化物法：,資料卡片,,K2O2Al2O36SiO2H2O,K(Al2Si3O9)(OH),4、最簡單的硅酸鹽------硅酸鈉（Na2SiO3）,硅酸鈉是白色固體，可溶于水，其水溶液俗稱水玻璃。是制備硅膠和木材防火劑等的原料。,（1）、硅酸鈉的物理性質(zhì),放入蒸餾水,現(xiàn)象,結(jié)論,水份蒸發(fā)后木條燃燒,放入Na2SiO3溶液,水份蒸發(fā)后木條不燃燒,水份蒸發(fā)后失去防火作用,防火效果好Na2SiO3可作防火劑,[實(shí)驗(yàn)4-2],,,,,,,（2）、硅酸鈉化學(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。,（3）用途,可以作肥皂填料，還可以用做建筑、紙張的黏合劑和木材、織物的防腐劑及防火劑,②與鹽反應(yīng),①與酸反應(yīng),Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓,CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl,用途廣泛的硅酸鹽產(chǎn)品,四、硅酸鹽工業(yè),水泥是一種非常重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。,,⑵生產(chǎn)過程：,黏土和石灰石,兩磨、一燒。研磨→煅燒→再磨成細(xì)粉；,⑴水泥的生產(chǎn)原料：,⑶普通硅酸鹽水泥的成分：,1、水泥,⑷水泥的性能：,水泥具有水硬性。,水泥、沙子和水的混合物——建筑黏合劑。,水泥、沙子和碎石的混合物。,混凝土：,水泥砂漿：,玻璃,德國工會大廈,夢幻巴黎,柏林國會大廈,玻璃,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,2、玻璃：,⑵生產(chǎn)過程：,純堿、石灰石和石英。,⑴玻璃的生產(chǎn)原料：,⑶普通玻璃的成分：,Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；,玻璃無固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。,⑷玻璃的性能：,陶器,瓷器,3、陶瓷：,陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。,家用陶瓷,江蘇宜興，有陶都之稱。,隋帶燒制的三彩陶駱駝,瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。,江西景德鎮(zhèn)。,江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?我國素有“瓷都”之稱的地方,江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器,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、新型無機(jī)非金屬材料的特性,1.能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。,2.具有電學(xué)特性，一些新型無機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。,3.具有光學(xué)特性。有些新型無機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過。,處于高溫下的光導(dǎo)纖維,F-117是一種單座戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。設(shè)計(jì)目的是憑隱身性能，突破敵火力網(wǎng)，壓制敵方防空系統(tǒng)，摧毀嚴(yán)密防守的指揮所、戰(zhàn)略要地、重要工業(yè)目標(biāo)，還可執(zhí)行偵察任務(wù)，具有一定空戰(zhàn)能力。,4.具有生物特性。有些新型無機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。,人造關(guān)節(jié),硅元素,單質(zhì)硅,Si+F2Si+HFSi+NaOH,加熱能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（O2、Cl2）,概括、整合,練習(xí):,1.下列說法正確的是()A.二氧化硅溶于水顯酸性B.二氧化碳通入水玻璃(Na2SiO3的水溶液)可以得到原硅酸.C.因?yàn)楦邷貢r(shí),二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng).D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸,,B,,2.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,3.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,4.光纖通訊是光作為信息的載體,讓光在光導(dǎo)纖維中傳輸,制造光導(dǎo)纖維的基本原料是()A銅B鋼C石英D鋁,C,5.除去二氧化硅固體中混有的CaCO3固體,方法正確的是()A加水,過濾B加熱C加鹽酸,過濾D加NaOH溶液,過濾,C,6.將過量的CO2分別通入(1)CaCl2溶液(2)Na2SiO3溶液(3)Ca(ClO)2溶液(4)飽和Na2CO3溶液.最終溶液中有白色沉淀的是()A(1)(2)(3)(4)B(2)(4)C(1)(2)(3)D(2)(3),B,