高中化学必修一---硅.ppt

LOGO,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章,非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角,硅,你知道美国的硅谷吗？,Silicon,vally,Si,元素在地壳中的含量排在第几位？,在地壳中硅的含量为,26.3%,，仅次于,氧,。,硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分,的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的,90%,以上。在无机非金属材料中，硅一,直扮演中主要角色,碳及其重要化合物,碳,单,质,1,、碳的,同素异形体,的结构,金刚石,石墨,C,60,10928,金刚石是一种具有,空间网状结构,的,晶体,，在晶体中，每个碳原都被相邻的,4,个碳原子包围，处于,4,个碳原子的,中心,，以共价键与,4,个碳原子结合。成为,正四面体结构,，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的,立体网状结构,。金刚石的熔点（,3550,）,和沸点（,4827,）,都很高,硬度,很大。,金刚石,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,120,共价键,范德华力,石墨,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，,容易滑动，所以石墨很软。,熔沸点高,1、,可燃性,：,C+O,2,=CO,2,2,C+O,2,(不足)=2CO,点燃,点燃,2,、还原性：,C+2CuO=2Cu+CO,2,C+H,2,O,=,CO+H,2,(水煤气),2、,化学性质,C+4HNO,3,（浓）=CO,2,+,4 NO,2,+2H,2,O,C+2H,2,SO,4,（浓）=CO,2,+2SO,2,+2H,2,O,2C+SiO,2,=2CO,+Si,高温,C+CO,2,=2CO,高温,高温,碳的化合物,一氧化碳,（,1,）物理性质,（,2,）化学性质,1,、,可燃性,：,2CO+O,2,=2CO,2,(,用点燃方法除,CO),点燃,2,、,还原性：,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,(,炼铁,),CuO+CO=Cu+CO,2,3,、毒性,无色无味，难溶,于水,，有毒,CO,H,2,O,CO,2,H,2,高温,尾气点燃处理,、用气囊收集,4,、,检验,：,灼热的氧化铜、澄清石灰水,.,二氧化碳,（,2,）化学性质,（,1,）物理性质,氧化性,：,CO,2,+C =2 CO,CO,2,+2 Mg =2 MgO+C,点燃,酸性氧化物,：,CO,2,+Ca(OH),2,=CaCO,3,+H,2,O,CaCO,3,+CO,2,+H,2,O=Ca(HCO,3,),2,Na,2,CO,3,(,饱和,)+CO,2,+H,2,O=2NaHCO,3,无色无味，无毒，不支持燃烧,CO,2,过量：,CO,2,+,Na,AlO,2,+,2,H,2,O=Al(OH),3,+,NaH,CO,3,CO,2,不足量：,CO,2,+,2Na,AlO,2,+3H,2,O=2Al(OH),3,+,Na,2,CO,3,将足,量二氧化碳,不断氢氧化钠、氢氧化钡、,偏铝酸钠溶液中,通入氢氧化钠溶液中：,CO,2,+2OH,-,=CO,3,2-,+H,2,O,CO,2,+CO,3,2-,+H,2,O,=2HCO,3,-,通入氢氧化钡溶液中：,CO,2,+Ba,2+,+2OH,-,=BaCO,3,+H,2,O,CO,2,+BaCO,3,+H,2,O=Ba,2+,+2HCO,3,-,通入偏铝酸钠溶液中：,CO,2,+2AlO,2,-,+3H,2,O=2Al(OH),3,+CO,3,2-,CO,2,+CO,3,2-,+H,2,O,=2HCO,3,-,（,3,）制法,工业制法,CaCO,3,CaO,+CO,2,实验室制法,CaCO,3,+2HCl=CaCl,2,+H,2,O+CO,2,（,4,）,检验：,澄清石灰水,高温,原子结构,思考,1,：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,Si,最外层电子数是,4,，碳也是。,思考,2,：碳、硅原子主要显几价？,正四价（,+4,价）,碳,是构成有机物的主要元素,硅,是构成岩石和许多矿物的主要元素,Si,在自然界中没有,游离态的形式存在,二氧化硅,(SiO,2,),二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体,。,硅石,硅矿山,（,1,）存在形式：,一、二氧化硅,SiO,2,地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的,，其存在形态有,和,12,结晶型,无定形,结晶形（石英晶体）,无定形,硅藻土,水晶,玛瑙,1,、,二氧化硅（,SiO,2,）,(1),存在,:,天然的,SiO,2,称为硅,石,硅,石,无色透明,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,水晶,晶体二氧化硅,玛 瑙,玛瑙,坚硬难熔的固体，,熔沸点比较高，,不溶于水，,硬度比较大。,2.,物理性质,二氧化碳,CO,2,二氧化硅,SiO,2,化学式,的意义,状 态,硬 度,熔沸点,相同点,表示二氧化碳分子及其组成,表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比,气 态,固 态,很小,很大,能溶于水,不溶于水,很 低,很 高,二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比,都属酸性氧化物,水 溶 性,活动与探究,为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这,么,大的差别？,是结构上的不同,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,3.,结构,.,SiO,2,原子晶体,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,SiO,2,是正四面体的空间网状结构，,因此性质很稳定,实验室盛装,NaOH,溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？,4,、化学性质（不活泼）：,（,a,）常温与氢氟酸（,SiO,2,很不活泼，,HF,是唯一能跟其反应的酸）,4HF+SiO,2,=,SiF,4,+2H,2,O,玻璃中含有,SiO,2,，所以可以用,HF,来刻蚀玻璃,SiO,2,不溶于水，不与水反应,视频,SiO,2,+Na,2,CO,3,Na,2,SiO,3,+CO,2,SiO,2,+CaCO,3,CaSiO,3,+CO,2,高温,（,b),酸性氧化物,的特性：,与,碱性氧化物,反应,与,强碱,反应：,SiO,2,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+H,2,O,与,某些盐,反应：,SiO,2,+,CaO,=CaSiO,3,高温,（,有粘性，其溶液俗称水玻璃）,高温,SiO,2,既能跟酸,反应，又能跟,碱反应，但不是,两性氧化物,注意：,二氧化硅,(,SiO,2,）,二氧化,(,CO,2,),物理性质,熔沸点高、硬度大,熔沸点低硬度小,与水反应,与碱反应,与碱性氧化物反应,与酸反应,与碳反应,高温,高温,高温,不反应,CO,2,+H,2,O=H,2,CO,3,SiO,2,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+H,2,O,CO,2,+2NaOH=Na,2,CO,3,+H,2,O,SiO,2,+CaO=CaSiO,3,CO,2,+CaO=CaCO,3,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,不反应,SiO,2,+2C=Si+2CO,CO,2,+C=2CO,练习,下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（）,红宝石,玛瑙,钻石,石英晶体,硅石,水晶,大理石,金刚砂,硅藻土,光导纤维,5,、用途,由于,SiO,2,具有优良的物理化学性能加上,SiO,2,在自然界的广,泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。,制光导纤维,石英玻璃制化学仪器,制石英表、石英钟,水晶制光学仪器和工艺品,玛瑙制精密轴承和装饰品,石英制品,用,光导纤维,做,无开刀手术,光导纤维手术头灯,通信用光缆,光学纤维胃镜,水晶,石英、玛瑙,二氧化硅用来制光导纤维,光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。,制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于,通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，,一对光纤上可同时传送,3,万门电话。,现象,结论,反应式,76,实验,观察现象并填写下表,滴入酚酞溶液显,红色,，再滴入盐酸红色消失，并有,透明胶状物,质生成,Na,2,SiO,3,溶液呈,碱性,，与酸反应生成了,H,2,SiO,3,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,（胶体）,+2NaCl,二,.,硅酸(,H,2,SiO,3,),制备:,可溶性硅酸盐,（如,Na,2,SiO,3,）,与酸反应,2,、用,H,2,CO,3,也可制得,H,2,SiO,3,，,可证明,H,2,SiO,3,的酸性比,H,2,CO,3,弱。,SiO,3,2-,+H,2,O+CO,2,=CO,3,2-,+H,2,SiO,3,（胶体）,Na,2,SiO,3,+H,2,O+CO,2,（适量）,=Na,2,CO,3,+H,2,SiO,3,（胶体）,一、制备方法,1,、可溶性硅酸盐,（如,Na,2,SiO,3,）,与酸反应,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,（胶体）,+2NaCl,SiO,3,2-,+2H,+,=H,2,SiO,3,（胶体）,硅酸是一种,白色粉末状,的,固体,，,它的溶解度,小；是一种弱酸，不能使指示剂变色,2,、物理性质,硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”,。,3,、,硅酸化学性质,与强碱发生中和反应,不稳定（比,H,2,CO,3,稳定），受热易分解,H,2,SiO,3,=H,2,O+SiO,2,H,2,SiO,3,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+2H,2,O,三、硅酸盐,1.,含义,：,硅酸盐是由硅、氧和金,属元素组成的化合物的总称,硅酸盐结构复杂的固态化合物，,一般都不溶于水。,最简单的硅酸盐是硅酸钠,（,Na,2,SiO,3,），俗称,泡花碱；,其水溶液俗称为,水玻璃,，可用作肥皂填料、木材防火剂等。,放入蒸馏水,现象,结论,水份,蒸发后燃烧,放入,Na,2,SiO,3,溶液,水份蒸发后不燃烧,水份,蒸发后，失去防火作用,防火效果好用作防火剂,P,77,实验,4-2,2,、硅酸钠,Na,2,SiO,3,花岗岩,长石,云母石,滑石,石棉,高岭土,粘土,3,硅酸盐的表示方法,用,氧化物,的形式表示,氧化物的顺序：,低价金属氧化物高价金属氧化物,二氧化硅,水,用氧化物形式表示硅酸盐的组成,硅酸钠,Na,2,SiO,3,_,硅酸钙,CaSiO,3,_,高岭石,Al,2,(Si,2,O,5,)(OH),4,_,正长石,KAlSi,3,O,8,_,Na,2,O,SiO,2,Al,2,O,3,2,SiO,2,2,H,2,O,K,2,O,Al,2,O,3,6,SiO,2,CaO,SiO,2,练习：,如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐,石棉：,CaMg,3,Si,4,O,12,普通玻璃：,Ca,Na,2,Si,6,O,14,钙沸石：,Ca(Al,2,Si,3,O,10,),3H,2,O,CaO,3MgO4SiO,2,CaONa,2,O6SiO,2,CaO,Al,2,O,3,3SiO,2,3H,2,O,无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,4,、硅酸盐工业,4,、硅酸盐工业,陶瓷,原料,：,条件,：,黏土,高温烧结,景德镇陶瓷,玻璃,原料：,设备：,条件：,主要反应：,主要成份：,高温,SiO,2,+CaCO,3,=CaSiO,3,+CO,2,SiO,2,+Na,2,CO,3,=Na,2,SiO,3,+CO,2,高温,纯碱、石灰石、石英,硅酸钠、硅酸钙、,二氧化硅,高温熔融,玻璃窑,玻璃,特殊玻璃,有色玻璃,钢化玻璃,加入了不同的,金属氧化物,普通玻璃加热接近,熔化,再,急速冷却,水泥,原料：,设备：,条件：,主要成份：,水泥回转窑,黏土、石灰石、石膏,煅烧,硅酸三钙、硅酸二钙、,铝酸三钙等,硅酸三钙,(,3CaOSiO,2,),硅酸二钙,(,2CaOSiO,2,),混合物,铝酸三钙,(,3CaOAl,2,O,3,),水泥,其它重要硅化物,SiC,硅钢,（,4,硅）,硅橡胶,（,金刚砂）,传统无机非金属材料：,陶瓷、玻璃、水泥,新型无机非金属材料：,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,五、硅单质,1,、存在形式,自然界中没有游离态的硅，只有化合态,单质硅分为晶型和无定形,2,、分布,自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于,氧。是构成矿物和岩石的基本元素。,3.,物理性质,单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构与金刚石类似，,灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。,熔沸点高，硬度大，,难溶于水。硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的,半导体,材料。,（,1,）与氟气反应：,（,2,）与氢氟酸反应：,（,3,）与强碱溶液反应：,（,4,）与氯气反应：,（,5,）与氧气反应：,Si+2F,2,=,SiF,4,Si+4HF,=,SiF,4,+2H,2,Si+2NaOH+H,2,O,=,Na,2,SiO,3,+2H,2,Si+2Cl,2,=,SiCl,4,Si+O,2,=,SiO,2,4,、化学性质：,常温下反应,加热条件,5,、硅的制备：,反应的方程式：,SiO,2,+2C=Si+2,CO,高温,工业上，用,碳在高温下还原二氧化硅,的方法可制得含有少量杂质的粗硅。,制高纯度的硅（精硅）的方法：,（,1,）用氯气提取粗硅中的硅,（,2,）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅,SiCl,4,+2 H,2,=,Si,+4,HCl,高温,Si,+2Cl,2,=SiCl,4,高温,（常温下呈液态）,6.,用途,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的,半导体材料,硅是信息技术的关键材料,利用硅的半导体性能，制成光电池，将光能转化为电能。,硅太阳能电池,硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,太阳能电池,电脑的中央处理器（,CPU,）,大规模集成电路,在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为,“,硅谷,”,，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。,以,硅,为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。,硅在,电子工业,中重要作用,1,、,要除去,SiO2,中混有的少量,CaO,杂质，最适宜的试剂是 （）,A.,纯碱溶液,B.,盐酸,C.,硫酸,D.,苛性钠溶液,B,2,、常温下，能跟硅反应的物质是（）,A.,烧碱溶液,B.,浓硫酸,C.,浓硝酸,D.,氢氟酸,A D,3,、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（）,A.,烧碱溶液,B.,浓硫酸,C.HF,氢氟酸,D.,碳酸钠溶液,C,4,、为确认,HCl,、,H,2,CO,3,、,H,2,SiO,3,的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空：,（,1,）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试剂是,_,。,（,2,）装置,B,所盛试剂是,_,，装置,B,所盛试剂的作用是,_,。,（,3,）装置,C,所盛试剂是,_,，出现的现象是,_,。,盐酸,饱和,NaHCO,3,溶液,除,CO,2,中含有的,HCl,Na,2,SiO,3,溶液,产生白色凝胶,