一轮复习.无机非金属材料的主角碳硅省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页一、碳族元素一、碳族元素1 1、名称；符号；位置、名称；符号；位置第2页 第3页一、碳族元素一、碳族元素2.2.元素性质比较元素性质比较C SiGe Sn Pb相同性相同性 递变性递变性1、最外层都有、最外层都有4个电子，化合价个电子，化合价主要有主要有+4和和+2，易形成共价化合易形成共价化合物。物。2、气态氢化物、气态氢化物通式：通式：RH4,3、最高价氧化、最高价氧化物通式物通式:RO2,对应对应水化物通式为水化物通式为H2RO3或或R(OH)4原子结构原子结构单质物性单质物性单质化性单质化性核电荷数增大电子层增多核电荷数增大电子层增多原子半径增大原子半径增大非金属性减弱、金属性增强非金属性减弱、金属性增强最高价氧化物对应水化物酸性减弱最高价氧化物对应水化物酸性减弱氢化物稳定性减弱氢化物稳定性减弱第4页金刚石金刚石石墨石墨C60同素异同素异形体形体二二.碳碳1.碳单质碳单质第5页10928 金刚石是一个含有金刚石是一个含有空间网状结构空间网状结构原子晶体原子晶体，在晶体中，每，在晶体中，每个碳原子都被相邻个碳原子都被相邻4个碳原子包围，处于个碳原子包围，处于4个碳原子中心，以个碳原子中心，以共价键与共价键与4个碳原子结合。成为个碳原子结合。成为正四面体结构正四面体结构，这些正四面体向空，这些正四面体向空间发展，组成彼此联结立体网状结构。金刚石熔点（间发展，组成彼此联结立体网状结构。金刚石熔点（3550）和沸点（和沸点（4827）都很高）都很高,硬度硬度很大。很大。金刚石金刚石金刚石与石墨晶体结构对比金刚石与石墨晶体结构对比第6页-120共价键共价键范德华力范德华力 石墨是石墨是层状结构层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它碳原子与其它3个碳原子以共价键结合，形成平面网状结构；在个碳原子以共价键结合，形成平面网状结构；在层与层之间是以层与层之间是以分子间作用力分子间作用力结合。因为同一层碳原子以较强结合。因为同一层碳原子以较强共价键结合，使石墨共价键结合，使石墨熔点很高熔点很高(比金刚石还要高）比金刚石还要高）,沸点与金刚沸点与金刚石相同石相同。但因为层与层之间分子间作用力很弱，轻易滑动，使。但因为层与层之间分子间作用力很弱，轻易滑动，使石墨石墨硬度很小硬度很小。石墨石墨第7页C60第8页C C6060分子结构示意图分子结构示意图共共价价键键非极性非极性结构：笼状分子，固态时是分子晶体，每个碳结构：笼状分子，固态时是分子晶体，每个碳原子只跟相邻三个碳原子形成共价键，原子只跟相邻三个碳原子形成共价键，6060个碳个碳原子组成球形，共原子组成球形，共3232面体，包含面体，包含1212个五边形，个五边形，2020个六边形。个六边形。第9页碳及其化合物化学性质记忆大搜索：记忆大搜索：写出有写出有1、C 2、CO 3、CO2参加化学方程式参加化学方程式第10页1、CO2CO2 CCO22CO C2CuO2CuCO2 CH2O(g)=CO+H2C+2H2SO4(浓浓)=CO2 +2SO2 +2H2OC+4HNO3(浓浓)=CO2 +4NO2 +2H2OC+SiO2=Si+CO点燃点燃高温高温第11页2、2CO+O2=2CO2 3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2 点燃点燃第12页 CO2+H2O=H2CO3 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+C=2CO CO2+2Mg=C+2MgO酸性氧化物通性酸性氧化物通性3、点燃点燃氧化性氧化性 OCO CO2电子式电子式第13页CO2试验室制法试验室制法CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O原理原理:装置装置:除杂除杂:块状固体与液体混合物在常温下反应制备气体可块状固体与液体混合物在常温下反应制备气体可用启普发生器制备，当制取气体量不多时，也可用启普发生器制备，当制取气体量不多时，也可采取简易装置。采取简易装置。用饱和用饱和NaHCONaHCO3 3溶液除溶液除HCl,HCl,用浓硫酸等干燥用浓硫酸等干燥.验满验满:用燃着木条用燃着木条,熄灭熄灭.或用湿润蓝色石蕊试纸或用湿润蓝色石蕊试纸,使之使之变红变红.检验检验:使澄清石灰水变浑浊使澄清石灰水变浑浊第14页三、硅三、硅1 1、硅存在和分布：、硅存在和分布：存在：存在：分布：分布：没有游离态，只有化合态没有游离态，只有化合态自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是组成矿物和岩石基本元素。组成矿物和岩石基本元素。2 2、硅结构：、硅结构：硅原子结构示意图：硅原子结构示意图：+14284正四正四面体面体第第三三周期第周期第IVA族族第15页硅单质有晶体和无定形两种，晶体硅结构硅单质有晶体和无定形两种，晶体硅结构跟金刚石相同，都是含有正四面体结构立体网跟金刚石相同，都是含有正四面体结构立体网状结构晶体。状结构晶体。Si10928 晶体硅晶体结构与金刚石相同，也是晶体硅晶体结构与金刚石相同，也是由一个硅原子与由一个硅原子与4个硅原子结合形成个硅原子结合形成正四面体，许多这么正四面体向正四面体，许多这么正四面体向周围空间延伸形成空间网状周围空间延伸形成空间网状结构。但因为结构。但因为硅原子半硅原子半径比碳原子半径大径比碳原子半径大，所以，所以，其其熔沸点要比金刚石低，熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。硬度要比金刚石小。2 2、晶体结构、晶体结构第16页 硅有硅有晶体硅和无定形硅晶体硅和无定形硅两种同素异形体，两种同素异形体，晶体硅结构类似于金刚石。属于原子晶体。晶体硅结构类似于金刚石。属于原子晶体。晶体硅是晶体硅是灰黑色灰黑色、有、有金属光泽金属光泽、硬而脆硬而脆、熔沸点高熔沸点高固体。固体。单质硅是良好单质硅是良好半导体材料半导体材料。3、硅物理性质：、硅物理性质：4 4、硅化学性质、硅化学性质 不活泼，除不活泼，除常温常温下与下与 反应外，反应外，加热加热时也可与时也可与 反应。反应。F2、HF、强碱、强碱O2、Cl2、H2练习练习1：请写出硅分别与氧气、氢气、氢氧化钠溶请写出硅分别与氧气、氢气、氢氧化钠溶液、氢氟酸反应方程式。液、氢氟酸反应方程式。第17页Si O2 SiO2Si 2H2 SiH4（不稳定）（不稳定）高温高温Si2NaOH H2O Na2SiO3 2H2Si 4HF SiF4 2H2 第18页(1)2C+SiO2 Si（粗）（粗）+2CO(2)Si（粗）（粗）+2 Cl2 SiCl4(3)SiCl4+2H2 Si +4HCl 5 5、硅工业制法、硅工业制法6 6、硅用途、硅用途（1）制集成电路、晶体管、硅整流器等）制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料半导体材料；（2）含硅）含硅4%钢可制变压器钢可制变压器铁芯铁芯；（3）含硅）含硅15%钢含有耐酸性，制钢含有耐酸性，制耐酸设备耐酸设备；（4）制造）制造“光电池光电池”将太阳能转换为电能。将太阳能转换为电能。第19页硅用途硅用途集成电路、晶体管、硅整流器集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还能够制成太等半导体材料，还能够制成太阳能电池、硅合金可用来制造阳能电池、硅合金可用来制造变压器铁芯等。变压器铁芯等。集成电路集成电路 晶体管晶体管硅橡胶硅橡胶第20页硅太阳能电池硅太阳能电池电脑中央处理器（电脑中央处理器（CPU）含硅物质用途含硅物质用途-电子产品电子产品第21页四、二氧化硅四、二氧化硅1、物理性质、物理性质 SiO2也叫硅石，石英砂、玻璃、沙子主要也叫硅石，石英砂、玻璃、沙子主要成份也为成份也为SiO2，SiO2为坚硬固体，纯为坚硬固体，纯SiO2是是无色透明晶体，称之为水晶无色透明晶体，称之为水晶,熔点高，硬度大，熔点高，硬度大，不溶于水（为原子晶体）。不溶于水（为原子晶体）。第22页2、组成与结构、组成与结构 在在SiO2晶体中，每个硅原子晶体中，每个硅原子与与_个氧原子结合，每个氧原子个氧原子结合，每个氧原子与与_个硅原子结合，即个硅原子结合，即SiO2晶晶体是由体是由Si和和O按按_百分比所百分比所组成组成_结构结构晶体。晶体。1mol SiO2晶体中含有晶体中含有_molSiO键。键。421：2立体空间网状立体空间网状4Sio第23页（1）酸性氧化物通性：酸性氧化物通性：与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：与强碱反应：与强碱反应：与盐反应：与盐反应：不与水反应不与水反应 ：3、化学性质：、化学性质：（3 3）特征：与氢氟酸反应）特征：与氢氟酸反应（2）弱氧化性）弱氧化性SiO2+2C=Si+2CO高温高温SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2高温高温高温高温SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2OO高温高温SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2OO用于雕刻用于雕刻玻璃玻璃第24页 思索：思索：试验室盛装试验室盛装NaOH溶液试剂瓶用橡溶液试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你皮塞而不用玻璃塞，你知道为何吗？知道为何吗？预防玻璃中预防玻璃中SiO2与与NaOH溶液反应溶液反应生成粘稠生成粘稠Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘，使瓶塞和瓶口粘在一起在一起第25页二氧化硅与二氧化硅与CO2化学性质比较：化学性质比较：状态二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳固体固体气体气体晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体熔沸点高高低低第26页二氧化硅与二氧化硅与CO2化学性质比较：化学性质比较：物质物质CO2(酸性氧化物酸性氧化物)SiO2(酸性氧化物酸性氧化物)与水反应与水反应与酸反应与酸反应不反应不反应与碱反应与碱反应与酸性氧与酸性氧化物反应化物反应与盐反应与盐反应CO2+H2O H2CO3CO2+2OH-=CO32-+2H2OCO2+OH-=HCO3-CO2+CaO=CaCO3 CO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2OH-=SiO32-+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3+CO2高温高温不反应不反应(故不能直接故不能直接与水反应制硅酸与水反应制硅酸)第27页物质物质CO2(酸性氧化物酸性氧化物)SiO2(酸性氧化物酸性氧化物)制法制法CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2用途用途灭火剂、致冷剂、人工灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等降雨、制纯碱、尿素等H2SiO3=SiO2+H2O光导纤维、化学仪器、光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、光学仪器、钟表、电子部件电子部件二氧化硅与二氧化硅与CO2化学性质比较：化学性质比较：第28页1、关于硅化学性质叙述中，正确是（、关于硅化学性质叙述中，正确是（）A常温时不和任何酸反应常温时不和任何酸反应 B常温时硅与卤素单质均不反应常温时硅与卤素单质均不反应 C单质硅比金刚石熔点低单质硅比金刚石熔点低 D单质硅比碳非金属性强单质硅比碳非金属性强C2、玻璃主要成份之一是二氧化硅，能在玻璃上、玻璃主要成份之一是二氧化硅，能在玻璃上进进行行蚀蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃物刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃物质质是（是（）A烧烧碱碱 B纯纯碱碱 C氢氢氟酸氟酸 D盐盐酸酸C第29页二氧化硅及用途二氧化硅及用途制光导纤维制光导纤维第30页1 1、硅酸、硅酸（1）制取：）制取：可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3白色胶状白色胶状（2）性质：）性质：白色胶状，白色胶状，难溶难溶 脱水脱水形成形成“硅胶硅胶”弱酸性（酸性弱酸性（酸性 H2SiO3 H2CO3）Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3（用作干燥剂）（用作干燥剂）三、硅酸和硅酸盐三、硅酸和硅酸盐 不稳定（比不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解稳定），受热易分解 H2SiO3 =H2O+SiO2第32页2 2、硅酸盐、硅酸盐 硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃。硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃。可用作肥皂可用作肥皂填料、木材防腐剂、防火剂及黏胶剂。填料、木材防腐剂、防火剂及黏胶剂。（1）可溶性硅酸盐）可溶性硅酸盐（2）硅酸盐表示方法）硅酸盐表示方法 硅酸盐种类很多，结构也很复杂，通常可用硅酸盐种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物二氧化硅和金属氧化物形式来表形式来表示其组成。示其组成。表示方法：金属元素氧化物写在前面，再写表示方法：金属元素氧化物写在前面，再写SiOSiO2 2，最终写，最终写H H2 2O O；氧化物之间；氧化物之间用用“”“”隔开。隔开。l硅酸钠硅酸钠Na2SiO3l高岭土高岭土Al2(Si2O5)(OH)4l正长石正长石KAlSi3O8Na2OSiO2Al2O32SiO22H2OK2OAl2O36SiO2第33页水泥水泥 玻璃（普通）玻璃（普通）陶瓷陶瓷 原料原料 反应反应主要成份特征石灰石、黏土石灰石、黏土纯碱、石灰石、纯碱、石灰石、石英石英黏土黏土复杂物理复杂物理化学改变化学改变3CaOSiO22CaO SiO23CaOAl2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2水硬性水硬性（加石膏调整（加石膏调整硬化速度）硬化速度）玻璃态物质玻璃态物质（在一定温度（在一定温度范围内软化）范围内软化）非晶体非晶体 抗氧化、抗酸碱抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、腐蚀、耐高温、绝缘、易成型、绝缘、易成型、艺术珍品艺术珍品第34页新型无机非金属材料种类和用途新型无机非金属材料种类和用途材料类别材料类别主要特征示例示例用途用途高温结构高温结构陶瓷陶瓷能承受高温、能承受高温、强度高强度高氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷汽轮机叶片、汽轮机叶片、轴承、永久性轴承、永久性模具模具半导体陶半导体陶瓷瓷含有电学特征氧化锡陶瓷氧化锡陶瓷集成电路半导体光学材料光学材料含有光学特征光导纤维光导纤维光缆通讯、医光缆通讯、医疗、照明等疗、照明等生物陶瓷生物陶瓷含有生物功效氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷人造骨、人造人造骨、人造关节、接骨螺关节、接骨螺钉钉第35页练习：以下表述正确是人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成份是人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成份是二氧化硅二氧化硅化学家采取玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，化学家采取玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙主要成份是硅酸盐玛瑙主要成份是硅酸盐提前建成三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料提前建成三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜二氧化硅玻璃制作夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜二氧化硅玻璃制作变色眼镜来保护眼睛变色眼镜来保护眼睛太阳能电池可采取硅材料制作，其应用有利于环境保护、太阳能电池可采取硅材料制作，其应用有利于环境保护、节能节能A B C DD第36页