无机非金属材料的主角硅上课

,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,*,*,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,Al-7.73%,O-48.60%,Si-26.30%,地壳中元素质量分数,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳的,90,以上。,大规模集成电路,画出硅的原子结构示意图,分析：,既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。,硅元素,与谁的结构相似？,碳,硅是一种,亲氧,元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。,一、二氧化硅和硅酸,（,1,）存在,硅石（,12%,）,结晶形：石英,无定形：硅藻土,水晶,玛瑙,1,、二氧化硅,石英,水晶,石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的,水晶,紫水晶,蔷薇石英,茶水晶,黄水晶,玛瑙,石英具有彩色环状或层状的称为,玛瑙,。,沙子中含有小粒的石英晶体。沙子的主要成分就是,SiO,2,光导纤维,光缆,（,2,）二氧化硅的用途：,光导纤维,石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟,水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、,高级工艺品和眼镜片,玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,光纤视频,玛瑙饰品,Si,O,二氧化硅的晶体结构,思考：,为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这,么,大的差别？,结构决定性质：,SiO,2,的立体网状结构,物理性质：熔点高，硬度大的固体；,不溶于水，纯净的,SiO,2,晶体无色透明。,化学性质：,很稳定（化学性质很不活泼）。,思考,实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？为什么 ？,交流与研讨,1.,玻璃中含有,SiO,2,，从物质组成和性质角度来分类，,SiO,2,属于哪类物质？,2. SiO,2,可能具有哪些化学性质？,与碱性氧化物反应：,与碱反应,SiO,2,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+H,2,O,1,、具有酸性氧化物的通性,SiO,2,的化学性质,高温,SiO,2,+CaO=CaSiO,3,化学性质很不活泼，氢氟酸（,HF,）是,唯一,可以与之反应的酸。,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,玻璃中含有,SiO,2,，所以可以用,HF,来刻蚀玻璃。,2,、特殊性,在玻璃表面涂上一层石蜡,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,洗掉酸并去掉石蜡,3,、弱氧化性,Si0,2,高温下与,C,作用可制取粗硅,2C+SiO,2,Si+2CO,高温,性 质,二氧化碳,(CO,2,),二氧化硅,(SiO,2,),SiO,2,与,CO,2,化学性质的比较,CO,2,+H,2,O=H,2,CO,3,CO,2,+2NaOH=Na,2,CO,3,+H,2,O,CO,2,+Na,2,O=Na,2,CO,3,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,SiO,2,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+H,2,O,SiO,2,+ CaO = CaSiO,3,高温,酸性氧化物,与碱性氧化物反应,与碱反应,与水反应,与氢氟酸反应,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,2.,要除去,SiO,2,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,B,3.,下列物质中,主要成分不是,SiO,2,的是（ ）,A.,金刚砂,B.,玛瑙,C.,水晶,D.,石英,A,练习,2.,硅酸,(,),硅酸是一种,固体,，它,不溶于水,；是一种,弱,酸，,不能使指示剂变色,。,H,2,SiO,3,硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“,硅胶,”。,常做干燥剂和催化剂的载体,。,思考,二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那,么，,如何制得硅酸呢？,可溶性硅酸盐与其他酸反应制得,实验,4-1,：向饱和,Na,2,SiO,3,溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,现 象,结 论,方程式,滴入酚酞溶液呈,红色,Na,2,SiO,3,溶液呈碱性,Na,2,SiO,3,+2HCl = H,2,SiO,3,+2NaCl,实验探究：,滴入盐酸红色变浅并消失，有透明凝胶产生,硅酸难溶于水,知识拓展：,把稀硫酸加入到,Na,2,SiO,3,溶液中，会有什么现象？,现 象,结 论,方程式,滴入硫酸有凝胶产生,硅酸难溶于水,Na,2,SiO,3,+H,2,SO,4,= H,2,SiO,3,+Na,2,SO,4,活动与探究：,硅酸是一种,比碳酸还要弱,的酸。请,利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱。,（,2,）硅酸的存在,硅酸浓度较小时易聚合形成,硅酸溶胶,硅酸浓度较大时则形成,硅酸凝胶,硅酸凝胶干燥脱水,硅酸干凝胶，,又称为,硅胶,，吸附水分能力强，,常用作,干燥剂,，也用作,催化剂,的载体,1.,硅酸的制备,（,1,）,SiO,2,不溶于水,，不能和水化合生成酸,实验室通过,可溶性硅酸盐,与,其他酸,制得。,H,2,SiO,3,硅胶泳帽,硅胶干燥剂,不溶于水、不透水,耐腐蚀、稳定,无味无毒,吸附水的能力强,(1),是一种很弱的酸,酸性比碳酸还要弱,Na,2,SiO,3,+CO,2,+H,2,O=Na,2,CO,3,+ H,2,SiO,3,(2),不稳定（比,H,2,CO,3,稳定）受热易分解：,(3),硅酸在水中的溶解度很小。,H,2,SiO,3,= SiO,2,+H,2,O,2.,硅酸的性质,试剂,二氧化硅,氢氧化钠溶液,氢氟酸,浓硫酸,试剂瓶,细口瓶，磨口塞,广口瓶,细口塑料瓶,细口瓶，橡皮塞,练习,1,、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。,2,、下列说法正确的是（）,A,SiO,2,溶于水显酸性,B,CO,2,通入水玻璃,(,硅酸钠的水溶液）可得硅酸,C,SiO,2,是酸性氧化物，它不溶于任何酸,D,SiO,2,晶体中不存在单个,SiO,2,分子,B D,练习,3.,能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ）,A.CO,2,溶于水形成碳酸，,SiO,2,难溶于水。,B.CO,2,通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀,C.SiO,2,常温下是固体，,CO,2,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,练习,4.,下列物质的变化，不能通过一步化学,反应完成的是（ ）,A.CO,2,H,2,CO,3,B.SiO,2,Na,2,SiO,3,C.Na,2,O,2,Na,2,CO,3,D.SiO,2,H,2,SiO,3,D,练习,自然界中不存在单质硅；,SiO,2,具有酸性氧化物的通性；可与强碱、碱性氧化物反应；可与氢氟酸反应；,由于,SiO,2,不溶于水也不与水反应，故硅酸通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得；硅酸的酸性比碳酸还弱。,小结,硅酸盐的一般特点：,一般不溶于水（除,Na,、,K,盐外）,化学稳定性高。,种类繁多、结构复杂、构成地壳的骨架。,二、硅酸盐,:,由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,长石,滑石,石棉,高岭土,黏土,Na,2,SiO,3,：,Na,2,O,SiO,2,CaSiO,3,：,CaO,SiO,2,长石：,K,2,O,Al,2,O,3,6SiO,2,黏土：,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,玻璃：,Na,2,O,CaO,6SiO,2,水泥：,3CaO,SiO,2,；,2CaO,SiO,2,；,3CaO,Al,2,O,3,通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：,活泼金属氧化物,较活泼金属氧化物,SiO,2,H,2,O,练习：把盐化学式写成盐氧化物的形式：,蛇纹石：,H,4,Mg,3,Si,2,O,9,钙长石：,CaAl,2,SiO,6,蛇纹石：,3MgO,2SiO,2,2H,2,O,钙长石：,CaO,Al,2,O,3,SiO,2,通常用氧化物的形式表示硅酸盐组成。顺序为：,活泼金属氧化物,较活泼金属氧化物,SiO,2,H,2,O,硅酸钠,（,1,）无色晶体，熔点高,（,2,）其水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性,（,3,）硅酸钠溶液易吸收空气中的,CO,2,，要密封保存,用蒸馏水浸过,用,Na,2,SiO,3,饱和溶液浸过,现象,结论,用途：,【,实验,4,2,】,水份蒸发后燃烧,不易燃烧,用水玻璃浸过的物品可以防火,建筑工业和造纸工业用它做粘合剂。木材织物用水玻璃浸泡过好既防腐又不易着火。,无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,人面鱼纹盆,(,陶瓷,),砖瓦,(,陶瓷,),陶瓷,(China),：,以黏土原料，高温烧制,硅酸盐产品,水泥,:,以石灰石和黏土为原料，高温煅烧后，加适量石膏，磨成细粉,硅酸盐产品,玻璃,:,以纯碱、石灰石和石英为原料，高温熔融,。,普通玻璃,: Na,2,O,CaO,6SiO,2,硅酸盐产品,金刚砂,SiC,硅钢,硅橡胶,生物陶瓷,其他含硅元素的物质,三、硅单质,1,、存在：,2,、物理性质：,在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。单质硅有,晶体硅和无定形硅,两种。,晶体硅是带有,金属光泽,的,灰黑色固体,，结构类似于金刚石，,熔点,(1410,),和沸点都很高，硬度大,。,在常温下，硅的化学性质可归纳为,“,亲氟亲碱,”,即常温下可以和,F,2,、,HF,、,NaOH,溶液反应，但与,O,2,、,Cl,2,、,H,2,SO,4,、,HNO,3,都不反应，所以常温下硅单 质的化学性质不活泼,Si + O,2,= SiO,2,Si + 2 Cl,2,= SiCl,4,Si+2F,2,= SiF,4,Si+4HF = SiF,4, + 2H,2,Si+2NaOH+H,2,O = Na,2,SiO,3,+ 2H,2,常温下,加热时,3,、化学性质：,晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的,半导体材料,硅是信息技术的关键材料,硅太阳能电池,硅芯片,用途：,1,、用于制造硅芯片、集成电路等半导体器件；,2,、制造太阳能电池；,3,、制造合金,Si,晶体结构,晶体硅、无定形,空间构型：正四面体,物理性质,色：金属光泽,态：灰黑色固体,熔点：高（,1410,） 硬度：大 质脆,化学性质,常温下不活泼，与,HCl,、,H,SO,、,HNO,都不反应,常温下能与,F,2,、溶液反应,高温下可发生下列反应,i,C,SiC,Si,O,2,SiO,2,Si,2Cl,2,SiCl,4,用途：半导体材料、光电池材料、信息技术材料,小结,Si,SiO,2,与水,O,2,F,2,氢氟酸,与,NaOH,与,CaO,不反应,不反应,SiO,2,4HF,SiF,4,2H,2,O,不反应,2Si,2NaOH,H,2,O,Na,2,SiO,3,2H,2,2NaOH,SiO,2,Na,2,SiO,3,H,2,O,Si,O,2,SiO,2,Si,2F,2,SiF,4,Si,4HF,SiF,4,2H,2,CaO,SiO,2,CaSiO,3,高温,