鲁科版化学必修1《硅、无机非金属材料》.ppt

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,.,*,硅谷,silicon valley,“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中,心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣,克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长,48,公里，宽,16,公里,的长条形地带上。由于它集中了全世界,90,以上的著名,半导体公司，,而半导体的基本元件是硅片。,.,化学,1,（必修）,第四章,第一节 硅 无机非金属材料,（第一课时）,.,第一节,硅 无机非金属材料,【教学目标】,1、掌握硅的性质、用途。,2、掌握二氧化硅的组成、性质和用途。,【教学重点】,硅和二氧化,硅,的主要性质,、用途,。,.,氧,48.6%,硅,26.3%,铝,7.73%,铁,4.75%,钙,3.45%,钠,2.74%,钾,2.47%,镁,2.00%,氢,0.16%,其他,1.20%,3.,硅的存在,自然界中的硅都以化合态存在,.,阅读教材,107-108,页内容，了解单质,硅在自然界的存在、,物理性质和化学性质,硅,4.,单质硅,.,2,、硅单质的性质,晶体硅是灰黑色、有金属光泽、,硬而脆的固体。,导电性介于导体和绝缘体之间,，为半导体材料。,同素异形体：,有,晶体硅,和,不定形硅,两种。,物理性质,.,化学性质,常温下，,性质稳定，除,氟气、氢氟酸、氢氧化钠,外，一般不反应。,Si+2F,2,=SiF,4,Si+4HF=,SiF,4,+2H,2,Si+2NaOH+H,2,O=,Na,2,SiO,3,+2H,2,（,2,）硅的化学性质,加热下，,Si+O,2,=,SiO,2,Si+2Cl,2,=SiCl,4,高温,.,（3）、,硅的制法,取,制粗硅：,SiO,2,+2C =Si+2CO,氧化剂：,SiO,2,得到电子发生还原反应,高温,还原剂：,C,失去电子发生氧化反应,（粗硅）,.,小资料：,硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯,：,提 纯：,Si+2Cl,2,=SiCl,4,（粗硅）,SiCl,4,+2H,2,=Si+4HCl,（高纯硅）,高温,高温,.,5,、用途：晶体管、集成电路，还用于制造硅整流器和太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。,硅太阳能电池,硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心,（,4,）硅的用途,.,二、二氧化硅与光导纤维（,SiO,2,）,1,、二氧化硅（,SiO,2,）,(1),二氧,化硅,存在,结晶形（石英晶体）,无定形,硅藻土,水晶,玛瑙,二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅,。,.,二、二氧化硅与光导纤维（,SiO,2,）,（2,）,物理性质：,沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体,.,讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为4价，请你预测二氧化硅的化学性质。,(1),属类：,(2),价态：,(3),特性,SiO,2,为酸性氧化物,SiO,2,中,Si,显,+4,价为最高价,.,（,1),具有酸性氧化物的通性,2,、二氧化硅的化学性质,（,2),具有弱氧化性,高温,SiO,2,+2C =Si+2CO,（,3),特性,此反应常用于雕刻玻璃,高温,与碱性氧化物反应生成盐,SiO,2,CaO=CaSiO,3,SiO,2,4HF=SiF,4,2H,2,O,与强碱反应生成盐和水,SiO,2,2NaOH=Na,2,SiO,3,H,2,O,.,答：,玻璃中的,SiO,2,与,NaOH,反应生成有粘胶性的硅酸钠,学以致用,答：,HF,能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,（3）某同学根据,SiO,2,既可与碱反应,也能与,氢氟酸反应,推断,SiO,2,为两性氧化物。是否正确,?,（1）,为什么在实验室中盛放,NaOH,溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？,（2）,实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水,.,水晶制品,.,总 结,SiO,2,CO,2,所属类型,物理性质,色 态,熔沸点,硬 度,溶解性,化学性质,CO,2,+2NaOH,=Na,2,CO,3,+,2,O,SiO,2,+2NaOH,=Na,2,SiO,3,+,2,O,高温,SiO,2,+Na,2,O=Na,2,SiO,3,坚硬难熔固体,高,大,不溶于水,无色气体,低,小,溶于水,CO,2,+Na,2,O=Na,2,CO,3,酸性氧化物,酸性氧化物,CO,2,+H,2,O=H,2,CO,3,不反应,与水反应,与碱反应,与碱性氧化物反应,SiO,2,+C=Si+2CO,高温,CO,2,+C=2CO,高温,氧化性,.,光导纤维,.,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。,酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。,一,、,硅酸,(H,2,SiO,3,),干燥硅胶,湿硅胶,三、硅酸盐,.,如何以,SiO,2,为主要原料制取硅酸,?,SiO,2,2NaOH=Na,2,SiO,3,H,2,O,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,+2NaCl,学以致用,SiO,2,H,2,SiO,3,Na,2,SiO,3,Na,2,SiO,3,+H,2,0+CO,2,=H,2,SiO,3,+Na,2,CO,3,.,Na,2,SiO,3,+2HCl=H,2,SiO,3,+2NaCl,1,、制备,2,、物理性质,:,白色，胶状，,不溶于,水的物质,4,、用途:,可作干燥剂和催化剂的载体,3,、化学性质,酸性比碳酸弱,（,2),不稳定性：,H,2,SiO,3,=SiO,2,+2H,2,O,强酸制弱酸原理（酸性,HClH,2,SiO,3,）,（,1),与强碱溶液反应：,H,2,SiO,3,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+2H,2,O,.,二、硅酸盐,1,、定义：,硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称,2,、物理性质：,硅酸盐种类很多，是一类结构复杂的固态物质，,大多数难溶于水，化学性质很稳定。,最常见的可溶性硅酸盐是,Na,2,SiO,3,，,K,2,SiO,3,.,最简单的硅酸盐是硅酸钠,（,Na,2,SiO,3,），,其水溶液俗称为,水玻璃,、,泡花碱,，粘性很强，,是一种矿物胶,硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，,可用作肥皂填料、木材防火剂等。,硅酸钠,（,Na,2,SiO,3,）,见,自主学习丛书,98,页“知识梳理（,4,）硅酸钠”,.,3.,硅酸盐的表示方法：,（见,自主学习丛书,98,页“知识梳理”）,化学式法：,适用于简单的硅酸盐如：,Na,2,SiO,3,K,2,SiO,3,、,氧化物法：,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数（系数不能是分数）。,硅酸钠：,Na,2,SiO,3,Na,2,OSiO,2,硅酸钙：,CaSiO,3,CaOSiO,2,高岭石：,Al,2,(Si,2,O,5,)(OH),4,正长石：,KAlSi,3,O,8,不能写成,1/2,K,2,O 1/2Al,2,O,3,3SiO,2,，,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,.,玻璃,普通玻璃,:Na,2,OCaO6SiO,2,.,1,、,主要原料：,纯碱、石灰石和石英。,3,、,反应原理,：复杂的物理、化学变化,2,、,生产过程,：原料,按比例混合,熔化 成型,Na,2,CO,3,+SiO,2,=Na,2,SiO,3,+CO,2,CaCO,3,+SiO,2,=CaSiO,3,+CO,2,高温,高温,粉碎,强热,添加剂,.,4,、玻璃的主要成分：,Na,2,SiO,3,、,CaSiO,3,、,SiO,2,5,、玻璃态物质,玻璃,没有固定的熔点。,没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。）,实例,特性,定义,玻璃态物质,.,几种常见玻璃简介,普通玻璃,因混有铁的化合物显浅绿色,蓝玻璃,红玻璃,铅玻璃,光学仪器玻璃,钢化玻璃,光纤玻璃,光导纤维：,1964,年,8,月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送,3,万门电话且中继距离长达,2050Km,，保密性能好。,在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。,把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大,46,倍，不易破碎。,6,、几种常见的玻璃,.,水泥,以黏土和石灰石为主要原料,.,（,2,）水泥,原料：黏土、石灰石、石膏,设备：水泥回转窑,生产过程：原料,生料熟料成品,条件：煅烧,主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等,磨细,煅烧,石膏粉,水泥的性能：,水泥具有水硬性。,.,陶器,.,瓷器,.,（,3,）陶瓷,原料：黏土,条件：高温烧结,生产过程：,混合,成型,干燥,烧结,冷却,.,描述景德镇的陶瓷有这样一句话,:,薄如纸,声如磬,色如玉,.,.,产品,主要原料,主要设备,反应条件,主要成分,水泥,粘土、石灰石、石膏,水泥回转窑,高温,硅酸三钙：,3CaOSiO,2,硅酸二钙：,2CaOSiO,2,铝酸三钙：,CaOAl,2,O,3,玻璃,纯碱、石灰石、石英,玻璃窑,高温,Na,2,SiO,3,、,CaSiO,3,、,SiO,2,硅酸盐产品简介,.,新型,无机非金属材料的优点：,1,、能承受高温，强度高,2,、具有电学特性,3,、具有光学特性,4,、具有生物功能,.,玻璃刀,玻璃刀轮片,红宝石为轴的雷达表,人造金刚石锯片,.,新型无机非金属材料之一：,高温结构陶瓷、压电陶瓷,新型陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,.,79,科学视野：新型陶瓷,、高温结构陶瓷,、压电陶瓷,、生物陶瓷,、超导陶瓷,.,航天飞机,高温结构陶瓷的应用,资料,:,两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚”号返航时在空中解体。,.,高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现,因为它具有,耐高温、耐氧化、超强、超硬,等优点，它可以在各种恶劣环境下使用，同时，也是制造汽车发动机，喷气发动机的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽车跑得更快，飞机飞得更高。,高温结构陶瓷的应用,.,超导陶瓷：,所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小,当温度降到,-269,（液氮温度，为,4K,）左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象,我国研制的超导陶瓷的临界温度为,77K,，处于世界领先水平。,.,超导陶瓷,.,生物陶瓷,这种陶瓷强度大,韧性好,与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。,在这一领域我国处于世界领先水平。,.,压电陶瓷,利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。,.,材料是社会发展和人类进步的一种标志,材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来,社会生产的变革和新兴产业,的出现,比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命,.,材料是社会发展和人类进步的一种标志,材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来,社会生产的变革和新兴产业,的出现,比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命,.,