2015高一化学教师参考41硅和二氧化硅.pptx

第4章材料家族中的元素 第1节硅无机非金属材料 第1课时硅和二氧化硅 光导纤维光导纤维硅元素硅元素(silicon)在地壳中的含在地壳中的含量量 硅的氧化物及硅酸盐硅的氧化物及硅酸盐构成了构成了地壳中地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的总量的90%以上。以上。问题1 硅以什么形态存在于自然界中？硅以什么形态存在于自然界中？2 硅单质有几种同素异形体？硅单质有几种同素异形体？3 硅的导电性怎样？硅的导电性怎样？1 1、只有化合态，无游离态；在地壳、只有化合态，无游离态；在地壳中含量居第二位。中含量居第二位。2 2、两种同素异形体：晶体硅和无定、两种同素异形体：晶体硅和无定行硅。行硅。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。硅单质的图片硅单质的图片:一、认识硅一、认识硅1、单质硅的物理性质单质硅的物理性质灰黑色灰黑色 硬而脆硬而脆有金属光泽的固体有金属光泽的固体熔点、沸点高熔点、沸点高硬度大，是良好的半导体材料硬度大，是良好的半导体材料最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？碳、硅原子主要显几价？正四价（正四价（+4+4价）价）思考思考1 1：硅原子原子核外电子排布情况是怎样的？硅原子原子核外电子排布情况是怎样的？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？2 2、化学性质：、化学性质：常温下常温下不活泼不活泼(1)(1)常温下：常温下：(知识介绍）知识介绍）Si+2FSi+2F2 2=SiF=SiF4 4 Si+4HF=SiF Si+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2注：其它氧化剂，如注：其它氧化剂，如ClCl2 2、O O2 2、H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3等常温下都不与硅起反应。等常温下都不与硅起反应。2)2)在高温或加热条件下，硅的化学性质比较活泼，能与O2、Cl2、H2等非金属单质反应Si+2Cl2=SiCl4Si+2H2=SiH4高温高温3.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,是是良好的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）硅钢硅钢 导磁性良好，用作变压器铁芯导磁性良好，用作变压器铁芯4 4、工业制粗硅：、工业制粗硅：粗硅提纯粗硅提纯 Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HClSiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高温高温高温高温高温高温二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在二氧化硅广泛存在于自然界中，与其于自然界中，与其他矿物共同构成了他矿物共同构成了岩石。天然二氧化岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山二、二氧化硅与光导纤维二、二氧化硅与光导纤维硅石硅石玛瑙玛瑙水晶水晶石英石英SiOSiO2 2是硅最重要的化合物，天然存在的叫是硅最重要的化合物，天然存在的叫硅石，硅石，有晶体和无定形两大类。有晶体和无定形两大类。硅石硅石晶体（石英）晶体（石英）无定形（硅藻土）无定形（硅藻土）水晶水晶玛瑙玛瑙 石英是结晶的二氧化硅，包括水晶（无石英是结晶的二氧化硅，包括水晶无 色透明）和玛瑙（彩色）。沙子中含有小色透明）和玛瑙（彩色）。沙子中含有小粒的石英晶体。粒的石英晶体。（一）（一）SiOSiO2 2玛瑙玛瑙水晶水晶晶晶体体二二氧氧化化硅硅硅藻土硅藻土由由硅藻的细胞壁沉积形成，呈浅黄色或浅灰硅藻的细胞壁沉积形成，呈浅黄色或浅灰色，色，广泛用做催化剂的载体及绝缘材料。广泛用做催化剂的载体及绝缘材料。全国全国10个省个省(区区)有硅藻土矿产出。有硅藻土矿产出。仅次于美国，居世界第仅次于美国，居世界第2位。在地区分位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。云南、福建、河北等地次之。无无定定形形二二氧氧化化硅硅 纯的二氧化硅是无色纯的二氧化硅是无色、坚硬难坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。溶于水，硬度比较大。1.1.物理性质：物理性质：二、二氧化硅二、二氧化硅 二氧化硅二氧化硅SiOSiOSiO2 2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 2.2.化学性质化学性质不与水反应不与水反应SiO2 +CaO =CaSiO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O高温高温是酸性氧化物是酸性氧化物具有酸性氧化物的通性，与碱及碱性氧化物反应具有酸性氧化物的通性，与碱及碱性氧化物反应 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道而不用玻璃塞，你知道为什么吗？为什么吗？防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2与与NaOH溶液反溶液反应生成粘稠的应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶，使瓶塞和瓶口粘在一起。口粘在一起。Na2SiO3俗称俗称“泡花碱泡花碱”，易溶于水，其水溶液俗名易溶于水，其水溶液俗名“水玻璃水玻璃”，是，是一种矿物胶，可做黏合剂。一种矿物胶，可做黏合剂。不与酸反应（除氢氟酸以外）不与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF=SiF4 +2H2O在高温下与碳酸盐的反应在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温你知道吗？你知道吗？玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系？关系？弱氧化性弱氧化性SiO2+2C=Si +2CO 高温高温工业上用此反应制备粗硅，这就是工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩从沙滩到用户到用户”！3 3、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途 由由于于SiOSiO2 2具具有有优优良良的的物物理理化化学学性性能能，加加上上SiOSiO2 2在在自自然然界界的的广广泛泛存存在在，因因此此从从古古到到今今都都被被人类广泛地应用。人类广泛地应用。石石 英英 制制 品品硅酸硅酸(H2SiO3)和原硅酸和原硅酸(H4SiO4)是不溶于水是不溶于水且比碳酸酸性还弱的弱酸，其酸酐都是且比碳酸酸性还弱的弱酸，其酸酐都是SiO2。原硅酸是一种白色胶状物质，硅酸是白色粉原硅酸是一种白色胶状物质，硅酸是白色粉末状固体，都不溶与水末状固体，都不溶与水.硅酸和原硅酸均不稳定，易分解，原硅酸在硅酸和原硅酸均不稳定，易分解，原硅酸在干燥空气中分解生成硅酸，硅酸加热分解生干燥空气中分解生成硅酸，硅酸加热分解生成成SiO2。H4SiO4=H2SiO3+H2O，H2SiO3=SiO2+H2O硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶硅胶”。硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。可以用作催化剂的载体。硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？比较如何呢？实验：实验：将将CO2通入通入Na2SiO3溶液中溶液中现象：现象：透明的硅酸凝胶生成透明的硅酸凝胶生成方程式：方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 +Na2CO3你的结论：你的结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱酸还弱1 1、能溶解硅且能放出氢气的是、能溶解硅且能放出氢气的是 （）A A、浓盐酸、浓盐酸 B B、稀硫酸、稀硫酸C C、氢氟酸、氢氟酸 D D、浓烧碱、浓烧碱CD2、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（）A.HF溶液B.KOH溶液C.盐酸D.水玻璃C课堂练习课堂练习3、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（）A.SiOA.SiO2 2是酸性氧化物，所以可以和碱反应，是酸性氧化物，所以可以和碱反应，不和任何酸反应。不和任何酸反应。B.COB.CO2 2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸C.SiOC.SiO2 2对应的酸有不同的组成对应的酸有不同的组成D.SiOD.SiO2 2跟水反应可得硅酸跟水反应可得硅酸BC4、在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为_。解析：玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的会形成白色斑点。答案：Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3