41无机非金属材料的主角——硅2课时解析.pptx

-1-4 4 非金属及其化合物非金属及其化合物4.14.1无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅-2-科学视野科学视野美国的硅谷美国的硅谷“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美国电子和计算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，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公里，宽公里圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里的长条形地带上。由于它集中了全世界的长条形地带上。由于它集中了全世界0 0以上的著名半导以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅硅谷谷”。硅谷 silicon valley-3-科学视野科学视野-4-1、存在：、存在：没有游离态，只有化合态没有游离态，只有化合态2、分布、分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，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仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。硅单质硅单质3 3、原子结构、原子结构+142 8 4Si既不易失电子，又不易得电子。既不易失电子，又不易得电子。思考：碳、硅原子主要显几价？思考：碳、硅原子主要显几价？+4价价-5-科学视野科学视野锦绣中华锦绣中华-6-科学视野科学视野主要成份：主要成份：主要成份：主要成份：SiOSiO2 2-7-12结晶形无定形硅石思考思考交流交流-8-石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙。-9-SiO4、二氧化硅的晶体结构（课本、二氧化硅的晶体结构（课本P75）四面体结构，每个四面体结构，每个四面体结构，每个四面体结构，每个Si接接接接4 4个个个个OO，每个，每个，每个，每个OO接接接接2 2个个个个SiSi，是由是由是由是由SiSi和和和和OO按按按按1 1：2 2的比例所组成的立体网状结构的晶体。的比例所组成的立体网状结构的晶体。的比例所组成的立体网状结构的晶体。的比例所组成的立体网状结构的晶体。其性质主要与结构有关：其性质主要与结构有关：正四面体空间网状结构正四面体空间网状结构-10-思考思考交流交流二氧化硅的用途二氧化硅的用途由于由于SiOSiO2 2具有优良的物理化学性能，加上具有优良的物理化学性能，加上SiOSiO2 2在自然在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。-11-光学纤维胃镜光学纤维胃镜光学纤维胃镜光学纤维胃镜用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。用光导纤维做手术，不用开刀。二氧化硅的用途二氧化硅的用途交流交流研讨研讨-12-交流交流研讨研讨二氧化硅的用途二氧化硅的用途-13-（1 1）存在）存在1 1、二氧化硅、二氧化硅 广泛存在于自然界，与其他矿物共同构成了岩石。广泛存在于自然界，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫天然二氧化硅也叫硅石硅石。硅石结晶形（石英）结晶形（石英）无定形无定形无色透明无色透明彩色环带或层状彩色环带或层状水晶水晶玛瑙玛瑙硅藻土硅藻土紫水晶紫水晶蔷薇石英蔷薇石英茶水晶茶水晶黄水晶黄水晶玛瑙玛瑙-14-交流交流研讨研讨 透过图片思考透过图片思考:二氧化硅具有哪些物理性质二氧化硅具有哪些物理性质?化学稳定性如何化学稳定性如何?你的根据是什么你的根据是什么?SiOSiO2 2的这些性质是由什么决定的？的这些性质是由什么决定的？-15-不溶于水，熔沸点比较高，不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。硬度比较大。1.1.物理性质：物理性质：思考思考交流交流 不能与水反应不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O 酸性氧化物酸性氧化物2.化学性质化学性质-16-思考：思考：实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？你知道为什么吗？明确：防止玻璃中的明确：防止玻璃中的SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘稠的溶液反应生成粘稠的NaNa2 2SiOSiO3 3，使，使瓶塞和瓶口粘在一起。瓶塞和瓶口粘在一起。实验实验探究探究-17-2.2.化学性质化学性质特性：（与氢氟酸反应）特性：（与氢氟酸反应）（用于雕刻玻璃）（用于雕刻玻璃）（用于工业制粗硅，这就是（用于工业制粗硅，这就是“从沙滩到用户从沙滩到用户”）高温高温弱氧化性弱氧化性氢氟酸（氢氟酸（HF）是唯一可以与之反应的酸。）是唯一可以与之反应的酸。-18-练习练习:1.地壳中含量第一和第二的两种元素所 形成的化合物不具有的性质是（）A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸 C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬B 3.下列物质中,主要成分不是SiO2的是（）A.金刚砂 B.玛瑙 C.水晶 D.石英A-19-探究实验探究实验4-13-5 mL硅酸钠溶液硅酸钠溶液1-2滴酚酞滴酚酞稀盐酸稀盐酸先先后后二、硅酸二、硅酸实验实验探究探究-20-（1）向饱和）向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈红色滴入酚酞溶液呈红色Na2SiO3呈碱性呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl滴入盐酸有硅酸凝胶产生滴入盐酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水二二.硅酸硅酸(H(H2 2SiOSiO3 3)-21-（3）把二氧化碳通入到）把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中溶液中Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3结论：硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸，结论：硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸，溶解度小。溶解度小。注：注：1 1、硅酸的制备；、硅酸的制备；2 2、原硅酸、原硅酸 不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解：H2SiO3=SiO2+H2O-22-生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，干燥脱水就形成硅酸干胶，称为称为“硅胶硅胶”。常。常常用做常用做干燥剂干燥剂。硅酸的用途硅酸的用途-23-4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的 实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水。B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C.SiO2常温下是固体，CO2常温下是气体 D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀B-24-5.下列物质的变化，不能通过一步化学 反应完成的是（）A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2O2Na2CO3 D.SiO2H2SiO3 D-25-一、一、SiOSiO2 2结构特点物理性质化学性质用 途二、二、H H2 2SiOSiO3 3物理性质化学性质用 途实验室制法小结小结-26-本节课学习了哪些知识和学习方法？本节课学习了哪些知识和学习方法？通过本节课的学习你有哪些收获或感想？通过本节课的学习你有哪些收获或感想？小结小结不溶于水、极弱酸不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）酸性比碳酸还弱）制法：制法：SiOSiO3 32-2-+2H+2H+=H=H2 2SiOSiO3 3SiOSiO3 32-2-+H+H2 2O+COO+CO2 2=H=H2 2SiOSiO3 3+CO+CO3 32-2-H H2 2SiOSiO3 3+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O性质：性质：-27-4.1 4.1 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅（第（第（第（第2 2 2 2课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质）-28-29-硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称；硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。1、硅酸盐-30-常见硅酸盐矿物常见硅酸盐矿物思考思考:看书学习如何将硅酸盐用氧化物的形式表示？看书学习如何将硅酸盐用氧化物的形式表示？-31-硅酸盐硅酸盐结构复杂、种类繁多，通常用结构复杂、种类繁多，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。例如：组成。例如：NaNa2 2SiOSiO3 3:Na2O SiO2 CaSiOCaSiO3 3 :Ca2O SiO2-32-l要领：要领：各元素写成相应的氧化物，各元素写成相应的氧化物，化合价不变，元素守恒化合价不变，元素守恒l格式：金属氧化物、二氧化硅、水格式：金属氧化物、二氧化硅、水 (各氧化物前系数为最简整数比各氧化物前系数为最简整数比)l顺序：金属按活动顺序表顺序：金属按活动顺序表-33-用氧化物形式表示下列硅酸盐：用氧化物形式表示下列硅酸盐：1.1.2.2.钙长石：钙长石：CaAlCaAl2 2SiOSiO6 6 2.2.石棉：石棉：CaMgCaMg3 3SiSi4 4O O1212 3.3.长石：长石：KAlSiKAlSi3 3O O8 84.4.普通玻璃：普通玻璃：CaNaCaNa2 2SiSi6 6O O1414 1.CaOAl2O3SiO2 2.CaO3MgO4SiO2 3.K2OAl2O36SiO2 4.CaONa2O6SiO2 -34-三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。1.1.硅酸钠硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等。制备硅胶、木材防火剂等。思考思考交流交流放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论燃烧无明火，不燃烧Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂-35-无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃3.硅酸盐产品硅酸盐产品交流交流研讨研讨-36-（1）玻璃）玻璃原料：纯碱、石灰石、石英原料：纯碱、石灰石、石英设备：玻璃窑设备：玻璃窑条件：高温熔融条件：高温熔融主要反应：主要反应：主要成份：硅酸钠、硅酸钙、主要成份：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 高温-37-（2）水泥）水泥原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑条件：煅烧条件：煅烧主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等酸三钙等-38-（3）陶瓷）陶瓷原料：黏土原料：黏土条件：高温烧结条件：高温烧结-39-享享有有盛盛誉誉的的中中国国古古代代陶陶瓷瓷-40-41-传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷科学视野科学视野-42-高压钠灯高压钠灯透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷科学视野科学视野-43-三、硅单质三、硅单质 1.1.物理性质：物理性质：（1 1）存在：硅有晶体硅和无定形硅两种）存在：硅有晶体硅和无定形硅两种 （自然界中没有游离态的硅）。（自然界中没有游离态的硅）。（2 2）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似）有金属光泽的灰黑色固体，结构类似于金刚石，熔点于金刚石，熔点(1410)(1410)和沸点都很高，硬和沸点都很高，硬度大。度大。（3 3）导电性介于导体和绝缘体之间。）导电性介于导体和绝缘体之间。-44-2 2、化学性质、化学性质-化学性质不活泼化学性质不活泼(1)(1)常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与常温下，不能与强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4 +2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)(2)加热条件下，能跟一些非金属单质起反应加热条件下，能跟一些非金属单质起反应Si+O2=SiO2 Si+2H2=SiH4高温高温-45-3 3、制法、制法SiO2+2C=Si+2CO（制取粗硅）（制取粗硅）高温高温-46-4.4.用途用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的是良好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池硅太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）-47-