高中化学 二氧化硅和硅酸 新人教必修PPT课件

第1页/共60页n内容概述n本章是高中化学集中介绍非金属知识的首章，它是对初中化学中的碳、氢、氧知识的总结，同时又以卤素为代表介绍非金属的典型结构、性质、用途与制法，具有承上启下的作用。n本章共分四节，分别讨论几种重要的非金属硅、氯、硫、氮及其化合物的重要性质，是无机化学的重要内容，也是与生产、生活及新科技密切联系的内容，是考试中考查其他理论知识的平台。每一部分都与现实生活联系密切。第2页/共60页n氯是典型的非金属元素，其特征性质是强氧化性，它能够氧化除金、铂以外的绝大多数金属，能与水、碱等化合物发生反应，可以将比它活泼性稍差的非金属从其盐或无氧酸中置换出来。n硫和氮的氧化物、硫酸和硝酸、氨是生产和生活中重要的化合物，与人类生产和生活密切相关；硅则是信息材料的基础原料与材料，是当今社会不可缺少的重要材料。n学习中，要非常重视特性的学习。特性往往是一种物质的利用价值所在，也是考试的考查重点。 第3页/共60页n重点难点n重点：n1SiO2的性质。n2Cl2的化学性质。n3SO2与水的反应。n4NO2与水的反应。n5SO2和NO2对大气的污染。n6浓H2SO4、HNO3的氧化性。n7氨的化学性质。 第4页/共60页n难点：n1硅酸盐的丰富性和多样性。n2Cl2与水的反应，Cl2与NaOH的反应。n3可逆反应，NO2与水的反应。n4浓H2SO4、HNO3的氧化性。 第5页/共60页n课标解读n1了解硅在元素周期表中的位置、原子结构特点及重要用途。n2掌握SiO2、H2SiO3的化学性质，了解硅酸盐的性质、用途及无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等的用途。n3了解Cl的原子结构，掌握Cl2、HClO的化学性质及用途。第6页/共60页n4掌握Cl的检验方法，了解卤素单质的活泼性及卤化物的用途。n5掌握硫、氮的氧化物的性质，了解它们对环境的危害。n6掌握浓H2SO4、浓HNO3的化学性质。n7掌握NH3和铵盐的性质、用途及NH3的实验室制法。n8了解氮循环对生态平衡的重要作用。了解某些污染物的来源、性质和危害，体会化学对环境保护的重要意义，培养关注社会的意识和责任感。第7页/共60页n学法点拨n1强化结构性质用途的研究模式，运用结构理论指导元素化合物的学习。n2注意对知识的归纳、对比和迁移。Cl2是卤素的一种重要单质，通过对Cl2的学习，找出与其他卤素单质的相似性和差异性，求同存异，强化对非金属元素化合物知识的整体性、规律性的认识。第8页/共60页n3重视理论与社会、生活、生产和科技的联系。化学“三废”的排放直接影响我们生活环境的好坏，影响人类生活的品质，要运用所学到的知识去保护我们赖以生存的环境，构建人与自然的和谐社会。n4重视化学实验。通过实验提高实验设计能力、动手能力、分析问题和解决化学问题的能力。 第9页/共60页n第一节无机非金属材料的主角硅(共2课时)第10页/共60页第11页/共60页第12页/共60页n光导纤维是一种能利用光的反射作用来传导光线的透明度极高的细丝。以光导纤维为传输媒介的光纤通讯，是将要传送的语言、图像和数据信号等转化为光信号，以光纤进行传输的通讯方式。它克服了声音信号和图像信号在铜丝或铝丝这两种传统媒介中传播损耗大的缺点，并节约了大量金属资源。你知道光导纤维是什么材料制得的吗？ 第13页/共60页n水晶的英文名称为Crystal，别名晶石、水晶石。水晶是一种无色透明的石英结晶体矿物。目前，水晶饰品越来越多地受到关注。例如，一些水晶项链、手链等。水晶和沙子的主要成分都是SiO2，你知道SiO2具有怎样的性质吗？ 第14页/共60页n梳理导引n1硅元素的存在和硅原子的结构n(1)硅元素的存在n在自然界中硅全部以_态存在，硅是构成_和许多矿物的基本元素，在地壳中的含量仅次于_，达到_。_和_是硅的主要存在形式。第15页/共60页n(2)硅原子的结构n硅原子的最外层上有_个电子，原子结构示意图为_，其原子既不易_电子又不易_电子，主要形成_的化合物。n2二氧化硅n(1)存在n地球上天然的二氧化硅也叫_，是一种坚硬难熔的固体，有_和_两大类。石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅(SiO2)。 第16页/共60页n(2)结构n二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构，晶体中硅原子和氧原子的个数比为_，不存在单个的SiO2分子。在SiO2晶体中，每个Si原子周围结合_O，Si在_，氧原子在_，同时每个O与_Si相连，每个氧原子为_四面体共有。第17页/共60页n(3)物理性质n二氧化硅是坚硬、难熔的固体，_溶于水，不导电，纯净的二氧化硅晶体无色透明。第18页/共60页n(4)化学性质n酸性氧化物的性质nA与碱性氧化物反应生成盐，高温下SiO2与 C a O 反 应 的 方 程 式 为 ：_。nB与强碱反应生成盐和水，常温下SiO2与N a O H 溶 液 反 应 的 方 程 式 为 ：_。由于玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH溶液反应生成的Na2SiO3会黏结玻璃，所以，盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，只能用橡皮塞。第19页/共60页nC与碳酸盐在高温下反应，SiO2与CaCO3、N a2C O3反 应 的 方 程 式 分 别 为 ：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ；_。n 与 氢 氟 酸 反 应 ， 反 应 的 方 程 式 为 ：_，此反应可用于玻璃上雕刻。n弱氧化性，SiO2高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为：_。第20页/共60页n3硅酸n(1)制备n硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性_，通常用_和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。Na2SiO3的水溶液俗称_，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中加入HCl，能制得硅酸，反应的化学方程式：_。第21页/共60页n(2)性质及用途n硅酸可与强碱反应生成_和_。硅酸溶于NaOH溶液的反应方程式为_。n硅酸的热稳定性差，受热易分解，方程式为_。n硅酸浓度较小时可逐渐聚合成胶体溶液_，浓度较大时可形成_的_。_经干燥脱水后得到多孔的_，称为_。硅胶多孔，吸附能力强，常用作_和_。第22页/共60页n参考答案：n1(1)化合岩石氧26.3%硅的氧化物n硅酸盐n(2) 失去得到四价n2(1)硅石结晶形无定形(2)124个四面体的中心4个顶点2个2个(3)不：第23页/共60页第24页/共60页n3(1)弱可溶性硅酸盐水玻璃nNaSiO32HCl=2NaClH2SiO3n(2)盐水nH2SiO32NaOH=Na2SiO3H2OnH2SiO3 SiO2H2On硅酸溶胶软而透明胶冻状硅酸凝胶硅的凝胶硅酸干凝胶硅胶干燥剂催化剂的载体第25页/共60页n问题探究n1根据二氧化硅的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？n提示：物理性质：熔点高、硬度大。n化学性质：化学稳定性好，除氢氟酸外一般不与其他酸反应，可以与强碱如NaOH等反应，属于酸性氧化物。SiO2的这些性质主要和它的结构有关。SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。 第26页/共60页n2如何理解二氧化硅晶体的结构？n提示：每个O原子周围连接着2个Si原子，成直线型。每个Si原子周围连接着4个O原子，构成以Si原子为中心的正四面体结构，4个O原子分别位于正四面体的4个顶点上(虚线示型。)n第27页/共60页n每个Si原子通过O原子与周围的4个Si原子连接着，形成1个大的正四面体(虚线示型)： 第28页/共60页第29页/共60页n细品教材n1存在n二氧化硅广泛存在于自然界中，天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，其存在形态有结晶形和无定形两种，石英晶体和水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。n空气中存在体积分数约为0.03%的二氧化碳，近年来空气中二氧化碳的含量呈上升趋势，主要原因是人类在生产活动中大量地消耗燃料和破坏森林植被，从而导致了自然界的“温室效应”。 第30页/共60页n2结构n二氧化碳是直线型分子，结构式为O=C=O，而二氧化硅是含有SiO4四面体结构的立体网状结构的晶体，不存在单个的二氧化硅分子。 第31页/共60页n3性质和用途比较二氧化硅二氧化碳物理性质坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的二氧化硅晶体无色透明无色无味的气体，通常情况下，1体积水约溶解1体积的二氧化碳，加压或降温会导致二氧化碳在水中的溶解度增大；固态的二氧化碳又叫干冰，易升华第32页/共60页二氧化硅二氧化碳化学性质相同点都很稳定，但二氧化硅比二氧化碳更稳定；均为酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性：CO22NaOH=Na2CO3H2O，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；盛强碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，原因就是玻璃中含有二氧化硅，磨砂玻璃遇到强碱溶液时，二氧化硅与氢氧化钠反应生成了硅酸钠，由于Na2SiO3溶液有良好的黏结性，而使瓶口与瓶塞黏在一起难以开启(但未进行磨砂处理的玻璃在常温下是不能被强碱腐蚀的)；均有弱氧化性：SiO22C Si2CO，CO2C 2CO第33页/共60页二氧化硅二氧化碳化学性质不同点二氧化硅能溶于氢氟酸SiO24HF=SiF42H2O故氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中二氧化碳与水反应：CO2H2OH2CO3，而二氧化硅不能；与过氧化钠的反应：2Na2O22CO2=2Na2CO3O2第34页/共60页二氧化硅二氧化碳用途与危害用途：制光导纤维、石英玻璃、石英表、石英钟、光学仪器、石英坩埚，制作装饰品等危害：人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，会患硅肺病(旧称矽肺)用途：用做灭火剂(但不能扑灭钠等金属燃烧引起的火灾)；制纯碱、尿素；制汽水等碳酸型饮料；干冰作制冷剂和人工降雨剂；二氧化碳可用做温室中植物的“气肥”(光合作用)危害：人处在高浓度的二氧化碳环境中可能会窒息，严重时会死亡，空气中二氧化碳的含量过高会引起“温室效应”而发生自然灾害第35页/共60页n典例精析n【例1】关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()nA水晶的成分是二氧化硅nB二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别nC二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸nD二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应第36页/共60页n【解析】水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应；SiO2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，这是它的特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质；CO2在通常状况下为气体，与SiO2物理性质相差很大。n【答案】D第37页/共60页n【点拔】对元素化合物的性质既要注意其通性，也要记熟其特殊性，如SiO2与氢氟酸的反应。这样对解决问题很有帮助。第38页/共60页n【例2】指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确的答案填入括号内。第39页/共60页nA作为玻璃的成分被消耗而用于雕刻nB氧化性nC酸性氧化物的通性nD将挥发性的酸酐从其盐中置换出来nE氧化还原反应中Si的化合价没变第40页/共60页n【解析】A用来雕刻玻璃，只有氢氟酸能溶解SiO2；B中氧化性是指SiO2中Si的化合价降低；C中酸性氧化物都能与碱反应；D项所指“挥发性酸酐”，只能是CO2；E中前提是氧化还原反应，即其他元素的化合价变了而硅的化合价没变。n【答案】(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A第41页/共60页n【点拔】SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。 第42页/共60页n二氧化硅是酸性氧化物的原因是()nA它溶于水得相应的酸nB它对应的水化物是可溶性强酸nC它与强碱溶液反应只生成盐和水nD它是非金属氧化物n【答案】Cn【解析】判断酸性氧化物的方法是氧化物与碱反应只生成盐和水。第43页/共60页nA、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。第44页/共60页n请填空：n(1)形成单质A的原子结构示意图为_，它的最高化合价为_。n(2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应 生 成 A 和 E 的 化 学 方 程 式 是_。n(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。第45页/共60页n【答案】 第46页/共60页n细品教材n1硅酸n二氧化硅对应的水化物是硅酸，即二氧化硅是硅酸的酸酐。与一般的酸相比，硅酸的组成与结构都复杂得多，常用化学式H2SiO3来简单地表示硅酸。n硅酸为白色固体，难溶于水。其酸性极弱，比碳酸还弱，只能与强碱反应，例如第47页/共60页n硅酸的热稳定性很弱，受热分解为二氧化硅和水n硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”，可做干燥剂，也可以用作催化剂的载体。第48页/共60页n2碳酸n二氧化碳对应的水化物是碳酸(H2CO3)，二氧化碳是碳酸的酸酐。碳酸的酸性很弱(但比H2SiO3强)，且很不稳定。nH2CO3=H2OCO2n因此，有关碳酸的化学反应通常用二氧化碳和水来代替。第49页/共60页n3硅酸性质的探究n实验原理：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。n实验步骤：在饱和Na2SiO3溶液中逐滴加入12滴酚酞，再逐滴加入稀盐酸，溶液红色变浅直至消失，停止加入，可以看到先生成的H2SiO3逐渐聚合而形成胶体溶液硅酸溶液。n实验现象：加入酚酞后，溶液变红，再滴入稀盐酸，红色变浅，继续加入稀盐酸，红色消失，有白色胶状沉淀生成。n实验结论：Na2SiO3的水溶液呈碱性。nNa2SiO3溶液能够与稀盐酸反应生成硅酸。nH2SiO3胶体最终凝聚成为H2SiO3沉淀。第50页/共60页n典例精析n【例3】能证明碳酸化硅酸酸性强的实验是()nACO2溶于水生成碳酸，而SiO2不溶于水nB高温时发生反应：nC碳酸比硅酸受热易分解nD将CO2通入Na2SiO3的水溶洲中有白色胶状沉淀生成第51页/共60页n【解析】CO2能与Na2SiO3溶液发生复分解反应，利用的是较强酸H2CO3制取较弱酸H2SiO3的原理。n【答案】D第52页/共60页n【点拨】请注意！D项反应为Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3，这与B项反应并不矛盾！因为B项反应之所以发生，主要原因是在高温条件下，可理解为Na2CO3分解为Na2O和CO2，CO2逸出，使Na2O与SiO2反应生成Na2SiO3。 第53页/共60页n下列关于硅酸的说法正确的是()nA硅酸可以由SiO2和水通过化合反应直接制得nB由反应Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质nC因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应nD干燥剂“硅胶”的主要化学成分是硅酸n【答案】Dn【解析】SiO2不能与水直接反应生成硅酸，A错。B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错。硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错。第54页/共60页n资料备选n造房子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃，吃饭、喝水用的瓷碗、水杯，洗手间的洁具，它们看上去截然不同，其实主要成分都是硅的化合物。虽然人们早在远古时代便使用硅的化合物黏土制造陶器。但直到1823年，瑞典化学家贝采尼乌斯才首次分离出硅元素，并将硅在氧气中燃烧生成二氧化硅，确定硅为一种元素。第55页/共60页n中国曾称它为矽，因和锡同音，难于分辨，故于1953年将矽改称为硅。它是构成矿物与岩石的主要元素。在自然界硅无游离态，都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅(硅石)和硅酸盐。例如，花岗岩是由石英、长石、云母混合组成的，石英即是二氧化硅的一种形式，长石和云母是硅酸盐。n沙子和砂岩是不纯硅石的变体，是天然硅酸盐岩石风化后的产物。第56页/共60页n硅是非金属元素，有无定形和晶体两种同素异形体，晶体硅具有金属光泽和某些金属特性，因此常被称为准金属元素。n硅是一种重要的半导体材料，掺微量杂质的硅单晶可用来制造大功率晶体管、整流器和太阳能电池等。二氧化硅(硅石)是最普遍的化合物，在自然界中分布极广，构成各种矿物和岩石。第57页/共60页n最重要的晶体硅石是石英。大而透明的石英晶体叫水晶，黑色几乎不透明的石英晶体叫墨晶。石英的硬度为7。石英玻璃能透过紫外线，可以用来制造汞蒸气紫外光灯和光学仪器。n自然界中还有无定形的硅石，叫做硅藻土，常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体，也可作绝热、隔音材料。n普通的沙子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。n硅酸干燥脱水后的产物为硅胶，它有很强的吸附能力，能吸收各种气体，因此常用来作吸附剂、干燥剂和部分催化剂的载体。第58页/共60页第59页/共60页感谢您的观看。感谢您的观看。第60页/共60页