高中化学必修一---硅.ppt

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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？Siliconvally 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 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 （1）存在形式：一、二氧化硅SiO2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（SiO2）(1)存在:天然的SiO2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 SiO二氧化硅的晶体结构示意图2.结构.SiO2原子晶体 SiO二氧化硅的晶体结构示意图SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。3.物理性质 二氧化碳CO2二氧化硅SiO2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 4、化学性质（不活泼）：（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O玻璃中含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃SiO2不溶于水，不与水反应视频 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2高温（b)酸性氧化物的特性：①与碱性氧化物反应②与强碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③与某些盐反应：SiO2+CaO==CaSiO3高温（有粘性，其溶液俗称水玻璃）高温SiO2既能跟酸反应，又能跟碱反应，但不是两性氧化物注意： 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？ 二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)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CO2+H2O=H2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3CO2+CaO=CaCO3SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反应SiO2+2C==Si+2COCO2+C==2CO 5、用途由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。 ①制光导纤维②石英玻璃制化学仪器③制石英表、石英钟④水晶制光学仪器和工艺品⑤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。 练习下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（）①红宝石②玛瑙③钻石④石英晶体⑤硅石⑥水晶⑦大理石⑧金刚砂⑨硅藻土⑩光导纤维①③⑦⑧ 现象结论反应式Ｐ76实验４－１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Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl二.硅酸(H2SiO3)制备:可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应 2、用H2CO3也可制得H2SiO3，可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱。SiO32-+H2O+CO2==CO32-+H2SiO3（胶体）Na2SiO3+H2O+CO2（适量）==Na2CO3+H2SiO3（胶体）一、制备方法1、可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaClSiO32-+2H+==H2SiO3（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①与强碱发生中和反应②不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解H2SiO3==H2O+SiO2ΔH2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O 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（Na2SiO3），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Na2SiO3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P77实验4-22、硅酸钠Na2SiO3 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：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水 用氧化物形式表示硅酸盐的组成①硅酸钠Na2SiO3______________②硅酸钙CaSiO3______________③高岭石Al2(Si2O5)(OH)4_____________④正长石KAlSi3O8___________________Na2O•SiO2Al2O3•2SiO2•2H2OK2O•Al2O3•6SiO2CaO·SiO2 练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐石棉：CaMg3Si4O12普通玻璃：CaNa2Si6O14钙沸石：Ca(Al2Si3O10)·3H2OCaO·3MgO·4SiO2CaO·Na2O·6SiO2CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O 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SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2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(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)混合物铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 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+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl4Si+O2==SiO2△△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：SiO2+2C===Si+2CO↑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SiCl4+2H2===Si+4HCl高温Si+2Cl2===SiCl4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B2、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AD3、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、H2CO3、H2SiO3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NaHCO3溶液除CO2中含有的HClNa2SiO3溶液产生白色凝胶