必修41《無機(jī)非金屬材料的主角—硅》課件

1、第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角硅第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角-硅第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角硅第一課時(shí)二氧化硅和硅酸 硅及二氧化硅的性質(zhì) （一）硅元素在自然界中的存在和含量 （二）硅元素的位置與結(jié)構(gòu) （三）二氧化硅和硅酸 1.二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 2.硅酸制取原理和性質(zhì)和硅膠的用途 3.探究硅酸的酸性比碳酸弱的實(shí)驗(yàn)事實(shí)本課知識(shí)點(diǎn)硅單質(zhì)（Si）硅太陽能電池硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心晶體硅的存在及用途 美國的硅谷“斯坦福科研工業(yè)區(qū)”是美國電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長48公里，寬16公里的長條形地帶上。由

2、于它集中了全世界90以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。 硅谷 Silicon Valley 通過下列圖片你能總結(jié)歸納出硅元素在自然界中的存在形式嗎？觀察與思考硅的存在及性質(zhì)1.自然界硅元素主要存在于:巖石、沙子和土壤2.地殼中的含量:排在第二位,氧的后面.3.自然界硅存在的形態(tài) :硅無游離單質(zhì)狀態(tài)， 只有化合態(tài)。常常有硅的氧化物和硅酸鹽(一)硅元素在自然界中的存在和含量硅的存在及性質(zhì) 你能畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并歸納出硅與碳在元素周期表中的位置與結(jié)構(gòu)嗎？(二) 硅在周期表中的位置與結(jié)構(gòu)CSi 回憶總結(jié)硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 碳在第二周期、硅在第三周期且都在

3、周期表中的第四主族,最外層有四個(gè)電子，既不易失去電子，也不易得到電子。所以硅的化學(xué)性質(zhì)不如碳活潑,主要形成正四價(jià)化合物，碳和硅都是親氧元素，但是硅的親氧能力更強(qiáng)。因此碳和硅在自然界中存在形式有所不同。(二) 硅在周期表中的位置與結(jié)構(gòu)硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 美麗的玻璃雕花藝術(shù)水 晶 制 品瓷器是中國最偉大的創(chuàng)造之一，所以中國被譽(yù)為“瓷國”秦磚漢瓦秦始皇陵兵馬俑 秦始皇陵兵馬俑三峽大壩三峽大壩二氧化硅的存在1、二氧化硅（ SiO2）結(jié)晶形（石英晶體）無定形硅藻土水晶瑪瑙二氧化硅的存在 什么是石英、水晶、瑪瑙？硅石 具有彩色環(huán)狀或?qū)訝畹氖⒎Q為瑪瑙 在25和101kPa的條件下，由單質(zhì)碳生成1mol CO2

4、時(shí)放熱393.5kJ；而在同樣條件下，1mol硅生成1mol SiO2時(shí)放熱910.9kJ。放熱越多，其生成物通常越穩(wěn)定，可見SiO2比CO2更容易生成，而且更穩(wěn)定。SiO2的晶體結(jié)構(gòu)晶體Si的結(jié)構(gòu)科學(xué)視野單質(zhì)硅和SiO2都是正四面體結(jié)構(gòu)。性質(zhì)很穩(wěn)定二氧化硅的結(jié)構(gòu) 二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu) 每 1個(gè)Si原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子，Si在中心，O 在四個(gè)頂角，同時(shí)每1個(gè)O原子周圍結(jié)合2個(gè)Si原子 二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1用SiO2來表示二氧化硅的組成，表示 O與Si的原子個(gè)數(shù)比，不是分子式，是化學(xué)式 二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)沒有沒有SiO2 分子存在，只存在硅、氧原子分

5、子存在，只存在硅、氧原子 根據(jù)上述二氧化硅的結(jié)構(gòu)及學(xué)過的二氧化碳的性質(zhì)你能否判斷SiO2的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)呢？主要用作裝飾物、石英坩堝、光導(dǎo)纖維等二氧化硅的性質(zhì)想想議議想想議議(2)SiO2的物理性質(zhì) 堅(jiān)硬難熔固體，不溶于水 二氧化碳 二氧化硅 二氧化碳 二氧化硅 狀態(tài)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與酸反應(yīng) 用 途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)=固 態(tài)熔點(diǎn)低氣 態(tài)熔點(diǎn)高、硬度大人工降雨，滅火等 裝飾、石英坩堝、光纖二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)比較v 從表中可以看出，二氧化硅能與堿反應(yīng)

6、生成相應(yīng)的鹽和水，是一種酸性氧化物，它不能通過溶于水得到相應(yīng)的酸硅酸。v 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應(yīng)原理。以上兩點(diǎn)，屬二氧化硅的特性。v 由此，我們總結(jié)出二氧化硅的主要化學(xué)性質(zhì)為： 不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。 二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)比較二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)1.是酸性氧化物2.能與堿反應(yīng)3.能與堿性氧化物反應(yīng)4.能與氫氟酸反應(yīng)（特性）【小結(jié)】二氧化硅與生產(chǎn)生活 1,實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？ NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成 可溶于水的Na2SiO3，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打

7、開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。 = 實(shí)驗(yàn)室盛放氫氧化鈉溶液的試劑瓶你知道嗎？二氧化硅的性質(zhì)和用途 HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。 3.某同學(xué)根據(jù)氫氟酸反應(yīng),推斷 2.實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？ 不正確。因?yàn)槎趸韪鷼浞岱磻?yīng)產(chǎn)物不是鹽和水，所以不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。二氧化硅的性質(zhì)和用途 想一想，議一議 高純度的硅是常見的最重要的半導(dǎo)體材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常見的重要的含硅無機(jī)非金屬材料。沙子硅芯片計(jì)算機(jī)沙子光導(dǎo)纖維計(jì)算機(jī)光通信 你能在沙子與計(jì)算機(jī)之間、沙子與計(jì)算機(jī)光通信之間建立起某種聯(lián)系嗎?Si 價(jià)值5元

8、的沙子SiO2點(diǎn)沙成金 價(jià)值5000元的芯片 想一想，議一議現(xiàn)代通信用光纜光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈用光導(dǎo)纖維做無開刀手術(shù)光學(xué)纖維胃鏡二氧化硅的現(xiàn)代應(yīng)用化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 二氧化硅難溶于水，那么如何制得二氧化硅難溶于水，那么如何制得硅酸呢？硅酸呢？ 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱得到多孔的硅酸干凝膠，稱為為“硅膠硅膠”。 硅酸是一種硅酸是一種弱酸弱酸，不溶于水不溶于水，不能使不能使 指示劑變色指示劑變色，是一種，是一種白色粉末白色粉末狀的固體。狀的固體。 常用做干燥劑常用做干燥劑 2 2、硅酸、硅酸 （H H2 2SiOSiO3 3）(1)(1)性質(zhì)性質(zhì): :(2

9、)(2)制備制備: : 【用用途途】：生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶生成的硅酸逐漸聚合而形成硅酸溶膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為膠，經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為 “硅膠硅膠”。常常用做干燥劑。常常用做干燥劑。 如何制取硅酸? 硅酸鈉溶液、酚酞、稀鹽酸、稀硫酸 實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)探究Na2SiO3+ _H2SiO3實(shí)驗(yàn)試劑：硅酸的性質(zhì)和用途制取原理：強(qiáng)酸制弱酸現(xiàn)象結(jié)論化學(xué)方程式離子方程式 滴入酚酞后溶液變紅，再滴入稀鹽酸，溶液紅色變淺至無色，同時(shí)有白色膠狀沉淀產(chǎn)生a.NaNa2 2SiOSiO3 3溶液呈堿性。b.可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成不溶于水的硅酸，c.先形成硅酸溶膠，后形成硅酸凝膠.d

10、.靜置則形成硅酸沉淀。Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3（膠體）SiO32- + 2H+ = H2SiO3 （膠體）硅酸的性質(zhì)和用途 【方法步驟】：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸閱讀課本P76探究實(shí)驗(yàn)4-1活動(dòng)與探究：活動(dòng)與探究： 硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，請(qǐng)請(qǐng)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的儀器及藥品，利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的儀器及藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱比碳酸弱 把把CO2通入通入Na2SiO3溶液中，觀察溶液中，觀察發(fā)生發(fā)生的現(xiàn)象？的現(xiàn)象？啟迪誘思：啟迪誘思： 硅膠泳帽 硅膠

11、干燥劑說明硅膠具有哪些性質(zhì)？化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 1.了解硅元素在自然界中的存在和含量，從硅元素的位置與結(jié)構(gòu)推知其親氧性存在的兩種化合物二氧化硅和硅酸。v 2.二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)v 3.硅酸制取原理、性質(zhì)和硅膠的用途v 4.硅酸的酸性比碳酸弱的實(shí)驗(yàn)事實(shí)學(xué)后應(yīng)知學(xué)后應(yīng)知 CO2通入下例各溶液中，不可能通入下例各溶液中，不可能產(chǎn)生沉淀的是（產(chǎn)生沉淀的是（ ）A、氯化鈣溶液、氯化鈣溶液 B、石灰水、石灰水C、飽和碳酸鈉溶液、飽和碳酸鈉溶液D、硅酸鈉溶液、硅酸鈉溶液A課堂練習(xí) 1.地殼中含量第一和第二的兩種元素所形成的化合物不具有的性質(zhì)是（ ） A.熔點(diǎn)很高 B.與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸 C.可與燒

12、堿反應(yīng)生成鹽 D.堅(jiān)硬 2.要除去SiO2中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是（ ） A.純堿溶液 B.鹽酸 C.硫酸 D.苛性鈉溶液BB 3、下列試劑能貯存在磨口玻璃塞的試劑瓶里的是（ ）A.HF溶液 B.KOH溶液 C.鹽酸 D.水玻璃C 4.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是（ ） A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 B.CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀 C.高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2 D.氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成硅酸沉淀B課堂練習(xí) 6.下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學(xué)反應(yīng)完成的是（ ） A.CO2H2CO3 B.Si

13、O2Na2SiO3 C.Na2ONa2CO3 D.SiO2H2SiO3 5.能將Na2SiO3、CaCO3、SiO2三種白色粉末鑒別開來的試劑是（ ）A.NaOH溶液 B.水 C.氫氟酸 D.稀鹽酸DD課堂練習(xí) 作業(yè)：課本P80 1、2、7、9、10第四章非金屬及其化合物 第二課時(shí)硅酸鹽、硅單質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)非金屬材料的主角硅硅 本課學(xué)習(xí)內(nèi)容 1.硅酸鹽的定義、性質(zhì)和表示方法及工業(yè)產(chǎn)品 2.硅酸鈉的性質(zhì)和用途 3.硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)白色渾濁的原因。 4.硅單質(zhì)的性質(zhì)及廣泛應(yīng)用 硅酸鹽的豐富性和多樣性人面魚紋盆科學(xué)視野化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì)化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)

14、社會(huì)社會(huì) 普通玻璃: Na2OCaO6SiO2化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 陶瓷 日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽分子篩化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 生物陶瓷人造骨化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì)硅酸鹽1、定義： 硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱 2、性質(zhì)： 硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，K2SiO3三、硅酸鹽 硅酸鹽的存在形式、性質(zhì)、工業(yè)制備和 用途1、硅酸鹽組成的表示方法：（1）化學(xué)式法： 適用于簡單的硅酸鹽 如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。 活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二

15、氧化硅水。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。 硅酸鈉：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸鈣：CaSiO3 CaOSiO2 高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正長石：KAlSiKAlSi3 3O O8 8不能寫成K2OAl2O33SiO2 ,應(yīng)寫成 K2OAl2O36SiO2（2）氧化物法資料卡片 2、硅酸鹽在自然界的轉(zhuǎn)化 硅酸鹽礦石長期受到空氣中的二氧化碳和水的侵蝕后,逐漸風(fēng)化分解,生成的可溶物質(zhì)隨雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤膠體，因其表面巨大且一般帶負(fù)電，能吸附NH4+，K+等營養(yǎng)離子，從而具有

16、保肥能力。硅酸鹽是如何具有保肥能力的？3、硅酸鈉（Na2SiO3） 硅酸鈉是白色固體，易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，黏性很強(qiáng)，可以作黏膠劑和木材防火劑。閱讀課本P65并探究實(shí)驗(yàn)4-2小木條 放入蒸餾水中放入硅酸鈉飽和液中 現(xiàn) 象 結(jié) 論 水分蒸發(fā)后燃燒水分蒸干后不燃燒硅酸鈉能防火水不能防火（1）物理性質(zhì) 1.硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？ 2.將用水玻璃浸過的、長期存放的鮮蛋敲碎，你會(huì)看到什么現(xiàn)象？ 硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)白色渾濁。因?yàn)榘l(fā)生下列反應(yīng)： Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3 能說明硅酸的酸性比

17、二氧化碳酸性弱 觀察到鮮蛋沒有壞用作防腐劑 學(xué)后應(yīng)知學(xué)后應(yīng)知（2）硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì) 硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性好。與酸反應(yīng) Na2SiO3 + 2HCl =2NaCl + H2SiO3與鹽反應(yīng) CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3 +2NaCl（3）硅酸鈉的用途 可以作肥皂填料， 可以用做建筑、紙張的黏合劑和 木材、織物的防腐劑及防火劑6.硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品 傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)三大產(chǎn)品有： 玻璃、陶瓷、水泥。你認(rèn)識(shí)這些常見的硅酸鹽產(chǎn)品嗎 應(yīng)用廣泛的硅酸鹽產(chǎn)品 1.硅酸鈉溶液俗稱水玻璃,呈堿性，下列物質(zhì)中,能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放的是( )A.濃硫酸 B.水玻璃 C

18、.氫氟酸 D 苛性堿A 2.下列物質(zhì)中能跟SiO2發(fā)生反應(yīng)的是 ( ) A 鹽酸 B 硝酸 C 硫酸 D 燒堿溶液D化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì)四、硅單質(zhì)（Si） 2.物理性質(zhì)： 3.化學(xué)性質(zhì) 有金屬光澤的灰黑色固體， 1.存在形式晶體硅無定形硅 你能根據(jù)硅的原子結(jié)構(gòu)推測(cè)硅單質(zhì)可能具有的化學(xué)性質(zhì) 晶體硅的結(jié)構(gòu)模型熔點(diǎn)高，硬度大。 在高溫條件下，單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非 金屬單質(zhì)反應(yīng)。 常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH溶液反應(yīng)。 Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2SiO2 SiO23、化學(xué)性質(zhì) 工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制

19、得粗硅，粗硅跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到 SiCl4后，再用氫氣還原制得純硅：4.硅的工業(yè)制備硅單質(zhì)SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(純)4HCl 工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗硅（SiO22CSi(粗)2CO），粗硅能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到 SiCl4后，再用氫氣還原制得純硅（Si(粗)2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si(純)4HCl)。根據(jù)以上反應(yīng)回答下列問題（1）反應(yīng)中焦炭做（ ） A.還原劑 B.氧化劑 C.二者都不是（2）反應(yīng) 屬于（ ），反應(yīng) 屬于（ ） A.化合反應(yīng) B.分解反應(yīng) C.氧化還原反應(yīng) D.非氧化還原反應(yīng) E.置換反應(yīng)AACCE 5、用途：太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片以及半導(dǎo)體材料信息技術(shù)等材料和人造衛(wèi)星、登月車、火星探測(cè)器等動(dòng)力設(shè)備新能源。 硅太陽能電池硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心 觀看下列圖片總結(jié)單質(zhì)硅的用途化學(xué)化學(xué)技術(shù)技術(shù)社會(huì)社會(huì) 【練習(xí)】 1.下列說法正確的是（ ） A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品 B.水晶、瑪瑙、光纖、硅膠的主要成分都是SiO2 C.SiO2很穩(wěn)定，與所有的酸都不反應(yīng) D.將石棉（CaMg3Si4O12）