第四章《第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅》共兩課時(shí)(全)PPT

1、第四章 非金屬及其化合物第一課時(shí)硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地殼中的含量在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的占地殼總量的90%90%以上。以上。 1.存在存在：沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài) 分布：自然界中分布廣泛，在地殼分布：自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于氧。是構(gòu)成礦中居第二位，僅

2、次于氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本物和巖石的基本 元素。元素。一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì) 思考思考1：硅原子最外層電子數(shù)是多：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層少？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？電子數(shù)與它相同？SiSi最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？+142 8 4HF ，F(xiàn)2 和和強(qiáng)堿強(qiáng)堿反反應(yīng)應(yīng)Si+ 2F2 = SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2(2).加熱條件下可與Cl2、 C等反應(yīng) Si+2Cl2=SiCl4太陽(yáng)能電池大規(guī)模集

3、成電路硅的用途非常廣泛，可用來(lái)硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集制造集成電路、晶體管、成電路、晶體管、硅整流器硅整流器等半導(dǎo)等半導(dǎo)體器件，體器件，還可以還可以制太陽(yáng)能電池，制太陽(yáng)能電池，制制鋁合金、鐵合金等鋁合金、鐵合金等多種合金。多種合金。硅硅芯芯片片 在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱(chēng)之為科技工業(yè)園區(qū)，稱(chēng)之為“硅谷硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)明硅在電子工業(yè)革命中基地。這說(shuō)明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。 硅在

4、硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中重要作用中重要作用6.硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法 ： 粗硅粗硅：2C+ SiO2= Si+2CO純硅：純硅：Si+2Cl2=SiCl4加熱加熱SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫高溫高溫二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅礦山二、二氧化硅二、二氧化硅二氧化硅的存在二氧化硅的存在硅石硅石( (天然天然) )無(wú)定形無(wú)定形（硅硅藻土、沙子藻土、沙子）結(jié)晶形（結(jié)晶形（石石英、英、 水晶、水晶、瑪瑙瑪瑙）二、二氧化硅二、二氧化硅水晶水晶瑪瑪 瑙瑙瑪瑙瑪瑙SiO二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu).SiO2原子晶體原子晶體SiOSiO2是是正四面體正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。每

5、的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。每個(gè)個(gè)Si周?chē)兄車(chē)? 4個(gè)個(gè)O原子，每個(gè)原子，每個(gè)O周?chē)兄車(chē)? 2個(gè)個(gè)Si原子原子 4.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不能與水反應(yīng)（與不能與水反應(yīng)（與不同）不同） SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高溫高溫 是酸性氧化物是酸性氧化物（與堿、堿性氧化物反應(yīng)）與堿、堿性氧化物反應(yīng)） SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O弱的氧化性弱的氧化性 SiO2+2C= Si+2CO高溫高溫實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)提供下列試劑瓶實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)提供下列試劑瓶, , 細(xì)口磨口塞玻璃瓶細(xì)口磨口塞玻璃瓶廣口瓶廣口瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶棕色廣口瓶棕色廣

6、口瓶細(xì)口塑料瓶，細(xì)口塑料瓶，如何存放下列藥品如何存放下列藥品? ?依據(jù)是什么依據(jù)是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液c.硝酸銀晶體硝酸銀晶體_ d._ d.氫氟酸氫氟酸_ _e.e.濃硫酸濃硫酸_二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)高、硬度大 熔沸點(diǎn)低硬度小與水反應(yīng) 不反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO= Ca SiO3CO2+Na2O= Na2CO3與酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反應(yīng)與碳反應(yīng)SiO2+2C=

7、 Si+2COCO2+C= 2CO高溫高溫高溫高溫高溫高溫5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途由于由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類(lèi)廣泛地應(yīng)用。類(lèi)廣泛地應(yīng)用。光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、瑪瑙石英、瑪瑙二氧化硅用來(lái)制光導(dǎo)纖維二氧化硅用來(lái)制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊、

8、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3 3萬(wàn)門(mén)電話(huà)。萬(wàn)門(mén)電話(huà)。 作業(yè)：練習(xí)冊(cè) 54/1、2、3、4、5、6、7 55/1、2、3、5、6、7、12、 56/15、16、17、1.物理性質(zhì)：白色膠狀物，在水中溶解度很小， 常形成膠體2.用途：常用作干燥劑，催化劑的載體 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱(chēng)為成干膠，稱(chēng)為“硅膠硅膠”。 干燥硅膠干燥硅膠 濕硅膠濕硅膠3.原理：強(qiáng)酸制弱酸原理：強(qiáng)酸制弱酸 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3現(xiàn)象加酚酞后溶液變紅，加后紅色逐

9、漸加酚酞后溶液變紅，加后紅色逐漸消失，同時(shí)產(chǎn)生白色膠狀物消失，同時(shí)產(chǎn)生白色膠狀物結(jié)論Na2SiO3顯堿性，可與HCl反應(yīng)方程式Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO34. 加熱加熱 H2SiO3 = H2O+SiO2 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3 Na2SiO3 +H2O +CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 結(jié)論結(jié)論：酸性：酸性:HClH2CO3 H2SiO3 向Na2SiO3中通入過(guò)量CO2的化學(xué)方程式Na2SiO3+2H2O+2CO2 = 2NaHCO3 +H2SiO31、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（的比

10、較，正確的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質(zhì)中、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來(lái)不能用玻璃瓶來(lái)盛裝的是（盛裝的是（ ）A.燒堿溶液燒堿溶液 B.濃硫酸濃硫酸 C.氫氟酸氫氟酸 D.碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO雜質(zhì)，雜質(zhì)，最適宜的試劑是（最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液純堿溶液 B 鹽酸鹽酸 C 硫酸硫酸 D 苛性鈉溶液苛性鈉溶液B四、硅酸鹽四、硅酸鹽Na2SiO3、K2SiO3 （NH4）2SiO3 3.硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的表示方法： 化學(xué)式法：

11、化學(xué)式法：氧化物法：氧化物法：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物+較活潑金較活潑金屬氧化物屬氧化物+SiO2+H2O硅酸鈉硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣硅酸鈣： CaO SiO2高嶺石：高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3 2SiO2 2H2O鎂橄欖石：鎂橄欖石：Mg2SiO4 2MgO SiO2 鈣長(zhǎng)石：鈣長(zhǎng)石：CaAl2Si2O8 CaO Al2O3 2SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2 (2).硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用

12、作用作關(guān)于硅酸鹽說(shuō)明：關(guān)于硅酸鹽說(shuō)明：1.1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.2.硅酸鈉是常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽之一，俗硅酸鈉是常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽之一，俗稱(chēng)稱(chēng)泡花堿泡花堿；它的水溶液俗稱(chēng)；它的水溶液俗稱(chēng)水玻璃水玻璃，是一，是一種粘合劑；種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：硅酸和二氧化硅的制備： 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡膠塞要用橡膠塞 較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO =

13、 H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常溫分解受熱分解四、硅酸鹽工業(yè)四、硅酸鹽工業(yè) 水泥是一種非常重要的建筑材料。水泥是一種非常重要的建筑材料。萬(wàn)丈高樓平地起，穿針引線(xiàn)是水泥。萬(wàn)丈高樓平地起，穿針引線(xiàn)是水泥。產(chǎn)品 陶瓷玻璃 水泥原料粘土石英 純堿 石灰石粘土 石灰石設(shè)備 玻璃熔爐 水泥回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)原理復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程主要成分或者或者Na2 O CaO 6SiO2(3CaOSiO2)(2CaOSiO2) (3CaOAl2O3)特性水硬性(1)生產(chǎn)過(guò)程：兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成

14、細(xì)粉硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaOAl2O3) (2)普通硅酸鹽水泥的成分： 1 、水泥 (4)(4)混凝土：混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 (3)(3)水泥砂漿水泥砂漿: :水泥、沙子和水的混合水泥、沙子和水的混合物物 建筑黏合劑。建筑黏合劑。2、玻璃：生產(chǎn)過(guò)程： 純堿、石灰石和石英。純堿、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2OCaO6

15、SiO2玻璃無(wú)固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。 玻璃的性能：3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛(ài)。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱(chēng)。瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語(yǔ)系國(guó)家中，“瓷器”和“中國(guó)”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?我國(guó)素有“瓷都”之稱(chēng)的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型新型無(wú)機(jī)非金屬材料：無(wú)機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電

16、陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等新型無(wú)機(jī)非金屬材料：1、新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)； （3）具有光學(xué)性質(zhì)； （4）具有生物功能；2 2、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：(1)(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷( (人造剛玉人造剛玉) )：氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品 高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的。高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長(zhǎng)達(dá)1萬(wàn)小時(shí)2萬(wàn)小時(shí)，比高壓汞燈壽命長(zhǎng)2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長(zhǎng)的燈。透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷注：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在注：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在19501950年就得以解決，由于沒(méi)有一年就得以解決，由于沒(méi)有一種能抵御高溫鈉蒸氣（種能抵御高溫鈉蒸氣（14001400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。1.下列物質(zhì)中屬于純凈物的是下列物質(zhì)中屬于純凈物的是( ) A.Na2CO310H