無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅(共2課時(shí))

1、2022-2-211、地殼中各元素的含量地殼中各元素的含量：硅硅居第二位居第二位（26.3% ）。）。2、自然界中，、自然界中，無(wú)游離態(tài)硅無(wú)游離態(tài)硅，硅以化合態(tài)形式存在。幾乎全硅以化合態(tài)形式存在。幾乎全是是SiO2和和硅酸鹽硅酸鹽，存在于各種，存在于各種礦物和巖石中。礦物和巖石中。3、硅的、硅的氧化物氧化物和和硅酸鹽硅酸鹽構(gòu)成地殼的主要部分。構(gòu)成地殼的主要部分。對(duì)比分析對(duì)比分析碳和硅碳和硅的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)碳原子結(jié)構(gòu)示意圖碳原子結(jié)構(gòu)示意圖硅原子結(jié)構(gòu)示意圖硅原子結(jié)構(gòu)示意圖天然二氧化硅天然二氧化硅-硅石硅石二氧化硅的存在二氧化硅的存在u 你見(jiàn)過(guò)你見(jiàn)過(guò)SiO2嗎？請(qǐng)根據(jù)你的了解，說(shuō)說(shuō)它們的用途。嗎

2、？請(qǐng)根據(jù)你的了解，說(shuō)說(shuō)它們的用途。u 請(qǐng)你根據(jù)請(qǐng)你根據(jù)SiO2的存在形式和用途總結(jié)其物理性質(zhì)。的存在形式和用途總結(jié)其物理性質(zhì)。（2）二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)）二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)CO2的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)SiO2的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu) SiO2晶體是由晶體是由Si和和O按按1:2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。因此，通常用晶體。因此，通常用SiO2來(lái)表示二氧化硅的組成。來(lái)表示二氧化硅的組成。 SiO2不是不是分子式，而是化學(xué)式分子式，而是化學(xué)式（晶體中原子個(gè)數(shù)最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）（晶體中原子個(gè)數(shù)最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）。18010928 SiO空間結(jié)構(gòu)：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)：立體網(wǎng)狀結(jié)

3、構(gòu)結(jié)構(gòu)單元：結(jié)構(gòu)單元：正四面體正四面體SiO2是化學(xué)式不是分子式。是化學(xué)式不是分子式。SiO2與與CO2的物理性質(zhì)比較的物理性質(zhì)比較u 從物質(zhì)的分類角度來(lái)看，從物質(zhì)的分類角度來(lái)看，CO2和和SiO2屬于哪類物質(zhì)？屬于哪類物質(zhì)？u 回憶回憶CO2的化學(xué)性質(zhì)，嘗試推測(cè)的化學(xué)性質(zhì)，嘗試推測(cè)SiO2的化學(xué)性質(zhì)。的化學(xué)性質(zhì)。二氧化碳具有哪些化學(xué)性質(zhì)呢二氧化碳具有哪些化學(xué)性質(zhì)呢? ?酸性氧化物酸性氧化物 與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽 SiO2+ CaO = CaSiO3 高溫高溫 實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？么用橡膠塞而不用玻璃塞？

4、因?yàn)閴A液會(huì)跟玻璃塞中的因?yàn)閴A液會(huì)跟玻璃塞中的SiO2反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成的硅酸鈉會(huì)把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起。的硅酸鈉會(huì)把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起。 硅酸鈉，水溶液俗硅酸鈉，水溶液俗名名“水玻璃水玻璃”，具有，具有黏性，可用作粘合劑，黏性，可用作粘合劑，也可用來(lái)制備硅膠和也可用來(lái)制備硅膠和木材防火劑等。木材防火劑等。與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2OCO2+ CaO = CaCO3 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 +H2OCO2 + H2O = H2CO3CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3CO2+ C

5、 = 2CO 與與C的反應(yīng)的反應(yīng) SiO2+ 2C = Si + 2CO 高溫高溫與某些鹽的反應(yīng)與某些鹽的反應(yīng) SiO2+ Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高溫高溫 SiO2+ CaCO3 = CaSiO3 + CO2 高溫高溫反應(yīng)原理：高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)。反應(yīng)原理：高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)。 SiO2不溶于水，不能與水反應(yīng)生成硅酸。不溶于水，不能與水反應(yīng)生成硅酸。 HF是唯一可以與是唯一可以與SiO2 發(fā)生反應(yīng)的酸，此反應(yīng)用來(lái)雕發(fā)生反應(yīng)的酸，此反應(yīng)用來(lái)雕刻玻璃?？滩Ａ?。SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O與與HF的反應(yīng)（的反應(yīng)（ SiO2的特性）的特性）（1）雕花玻

6、璃上的）雕花玻璃上的“花花”是怎樣繪上去的？請(qǐng)是怎樣繪上去的？請(qǐng)用化學(xué)方程式進(jìn)行說(shuō)明。用化學(xué)方程式進(jìn)行說(shuō)明。（2）實(shí)驗(yàn)室如何保存氫氟酸？）實(shí)驗(yàn)室如何保存氫氟酸？SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O雕刻精美的玻璃雕刻精美的玻璃二氧化硅的用途二氧化硅的用途光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維u 硅酸硅酸(H2SiO3)能通過(guò)能通過(guò)SiO2與水反應(yīng)制得嗎？為什么？與水反應(yīng)制得嗎？為什么？u 能否通過(guò)可溶性硅酸鹽能否通過(guò)可溶性硅酸鹽(如如Na2SiO3)與酸反應(yīng)制得？與酸反應(yīng)制得？ Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 在試管中

7、加入在試管中加入35mL Na2SiO3溶液溶液(飽和飽和Na2SiO3溶液按溶液按1:2或或1:3的體積比用水稀釋的體積比用水稀釋)，滴入，滴入1-2滴酚酞溶液，再用膠滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色紅色變淺并變淺并接近接近消失消失時(shí)停止。靜置。仔細(xì)觀察變化過(guò)程及其現(xiàn)象。時(shí)停止。靜置。仔細(xì)觀察變化過(guò)程及其現(xiàn)象。現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論方程式方程式 滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的、膠凍狀的明的、膠凍狀的硅酸凝膠硅酸凝膠產(chǎn)生產(chǎn)生 Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO3

8、+2HCl = H2SiO3+2NaCl H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸還弱）是很弱的酸（酸性比碳酸還弱）,不能使不能使指示劑變色。指示劑變色。（2）把稀硫酸加入到）把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，會(huì)有溶液中，會(huì)有什么現(xiàn)象？什么現(xiàn)象？滴入硫酸有硅酸凝膠產(chǎn)生滴入硫酸有硅酸凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水，是一種弱酸硅酸難溶于水，是一種弱酸Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4Na2SiO3+ CO2+H2O= H2SiO3 +Na2CO3規(guī)律：較強(qiáng)酸制取較弱酸規(guī)律：較強(qiáng)酸制取較弱酸較強(qiáng)酸較強(qiáng)酸+較弱酸鹽較弱酸鹽=較弱酸較弱酸+較強(qiáng)酸鹽較強(qiáng)酸鹽 利用中學(xué)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，設(shè)計(jì)

9、一個(gè)實(shí)驗(yàn)利用中學(xué)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明酸性：方案，證明酸性：鹽酸鹽酸碳酸碳酸硅酸硅酸。（儀器藥品自。（儀器藥品自選）選） A B C D E典例剖析為確認(rèn) HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置， 一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)據(jù)此回答：優(yōu)化方案優(yōu)化方案P65(1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為_(kāi)。(2)裝置 B 所盛的試劑是_，其作用是_。(3)裝置 C 所盛的試劑是_，C 中反應(yīng)的離子方程式是_。(4)由此得到的結(jié)論是酸性：_。鹽酸鹽酸飽和飽和NaHCO3溶液溶液吸收吸收HCl氣體氣體HClH2CO

10、3H2SiO3Na2SiO3溶液溶液 白色膠狀，難溶白色膠狀，難溶 弱酸性弱酸性不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性H2SiO3=SiO2+H2ONa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3DD放入蒸餾水放入蒸餾水現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論木條燃燒木條燃燒放入放入Na2SiO3溶液溶液木條不易燃燒木條不易燃燒水份蒸發(fā)后，水份蒸發(fā)后，失去防火作用失去防火作用防火效果好防火效果好硅酸鈉硅酸鈉Na2SiO3水溶液俗稱為水溶液俗稱為水玻璃水玻璃，可用作肥皂填料、木，可用作肥皂填料、木材防火劑等。材防火劑等。 取兩個(gè)小木條或?yàn)V紙條，分別放入蒸餾水和取兩個(gè)小木條或?yàn)V紙條，分別放入蒸餾水和Na2SO3飽和飽和溶液中，使之充

11、分吸濕、浸透，取出稍瀝干溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干(不再滴液不再滴液)后，同后，同時(shí)分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。時(shí)分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽？如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽？硅酸鈉：硅酸鈉： Na2SiO3 石棉：石棉：CaMg3Si4O12長(zhǎng)石：長(zhǎng)石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃： CaNa2Si6O14黏土：黏土：Al2(Si2O5)(OH)4 Na2OSiO2 CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2Ol要領(lǐng)：要領(lǐng)：兩邊原子個(gè)數(shù)守恒兩邊原子個(gè)數(shù)守恒l順序順序：金

12、屬氧化物金屬氧化物. 二氧化硅二氧化硅 水水(金屬按活動(dòng)順序表金屬按活動(dòng)順序表)資料卡片資料卡片硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃t金剛砂、硅鋼、硅橡金剛砂、硅鋼、硅橡膠、分子篩等膠、分子篩等 P78硅橡膠硅橡膠含硅材料含硅材料黏土、石灰石黏土、石灰石純堿、石灰石、石英純堿、石灰石、石英黏土黏土硅酸二鈣硅酸二鈣:2CaOSiO2硅酸三鈣硅酸三鈣:3CaOSiO2鋁酸三鈣鋁酸三鈣:3CaOAl2O3SiO2、CaSiO3、Na2SiO3硅酸鹽硅酸鹽高溫高溫復(fù)雜的物理變化、復(fù)雜的物理變化、化學(xué)變化化學(xué)變化水硬性水硬性建筑材料建筑材料無(wú)固定熔點(diǎn)無(wú)固定熔點(diǎn)光學(xué)儀器、通訊器材光學(xué)儀器、通訊器材

13、餐具、工藝品餐具、工藝品抗氧化、耐酸耐堿、抗氧化、耐酸耐堿、耐高溫、絕緣耐高溫、絕緣復(fù)雜的物理變復(fù)雜的物理變化、化學(xué)變化化、化學(xué)變化Na2CO3+SiO2= Na2SiO3+CO2高溫高溫CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2氧化鋁的用途氧化鋁的用途氮化鋁的用途氮化鋁的用途透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷人造骨頭人造骨頭原始陶瓷大約一萬(wàn)年前出現(xiàn)在中國(guó)。原始陶瓷大約一萬(wàn)年前出現(xiàn)在中國(guó)?！疤仗铡弊鳛闅v作為歷史上第一種人造材料成為人類擺脫蒙昧的標(biāo)志。史上第一種人造材料成為人類擺脫蒙昧的標(biāo)志。享有盛譽(yù)的中國(guó)古代陶瓷享有盛譽(yù)的中國(guó)古代陶瓷陶缸（新時(shí)器時(shí)代）陶缸（新時(shí)器時(shí)代）三彩馬三彩馬鈞瓷（宋）鈞瓷（

14、宋）青花瓷蓋罐（明）青花瓷蓋罐（明）1 1）單質(zhì)硅分為）單質(zhì)硅分為晶體硅晶體硅和和無(wú)定形硅無(wú)定形硅；2 2）晶體硅是灰黑色，有）晶體硅是灰黑色，有金屬光澤金屬光澤， 硬而脆的固體；硬而脆的固體；3 3）晶體硅）晶體硅熔沸點(diǎn)高、硬度大熔沸點(diǎn)高、硬度大；4 4）晶體硅是良好的）晶體硅是良好的半導(dǎo)體半導(dǎo)體。晶體硅晶體硅單晶硅單晶硅單質(zhì)硅單質(zhì)硅Si10928晶體硅的結(jié)構(gòu)晶體硅的結(jié)構(gòu) 晶體硅的晶體是晶體硅的晶體是正四面體正四面體結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)，由于硅原子半徑比碳原子硅原子半徑比碳原子半徑大，故其熔沸點(diǎn)半徑大，故其熔沸點(diǎn)要比金剛石要比金剛石低低，硬度，硬度要比金剛石要比金剛石小小。預(yù)測(cè)硅的化學(xué)性質(zhì)預(yù)測(cè)硅的

15、化學(xué)性質(zhì)Si 與與 C、S、P等都是非金屬單質(zhì)，應(yīng)該具有等都是非金屬單質(zhì)，應(yīng)該具有某些類似性質(zhì)。某些類似性質(zhì)。（分類法）（分類法）硅在一定條件下也硅在一定條件下也可和可和氧氣氧氣反應(yīng)反應(yīng)二、二、C、S、P等在一定條件下可以和等在一定條件下可以和O2反應(yīng)反應(yīng) S + O2= SO2點(diǎn)燃點(diǎn)燃點(diǎn)燃點(diǎn)燃C+ O2 = CO2知識(shí)提示：知識(shí)提示：硅原子的最外層有硅原子的最外層有4 4個(gè)電子，常個(gè)電子，常見(jiàn)的化合價(jià)為：見(jiàn)的化合價(jià)為：0 0、+4+4一、常溫下一、常溫下C、S、等的性質(zhì)比較穩(wěn)定等的性質(zhì)比較穩(wěn)定常溫下硅的性質(zhì)也常溫下硅的性質(zhì)也比較穩(wěn)定比較穩(wěn)定（3 3）與氟氣反應(yīng)：）與氟氣反應(yīng)：（4 4）與氫氟酸反應(yīng)：）與氫氟酸反應(yīng)：（5 5）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：（2 2）與氯氣反應(yīng)：）與氯氣反應(yīng)：（1 1）與氧氣反應(yīng)：）與氧氣反應(yīng)：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2注：注：常溫下常溫下Cl2、O2、H2SO4、HNO3等都不與硅起反等都不與硅起反應(yīng)。應(yīng)。高純硅：高純硅：半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料。集成電路、晶。集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽(yáng)能電池。料，還可以制成太陽(yáng)能電池。變壓器鐵芯（含硅變壓器鐵芯（含