無機(jī)非金屬材料的主角-硅(全套課件)學(xué)習(xí)資料

第一節(jié)(3課時(shí)(kèshí)）無機(jī)非金屬材料的主角—硅第一頁，共37頁。第二頁，共37頁。學(xué)習(xí)(xuéxí)目標(biāo)1、了解二氧化硅的存在(cúnzài)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途2、了解硅酸的制法、性質(zhì)及用途3、硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制法、用途4、硅酸鹽的性質(zhì)及用途重難點(diǎn)：二氧化硅和硅酸的化學(xué)性質(zhì)第三頁，共37頁。1、硅的原子結(jié)構(gòu)硅原子和碳原子的最外電子層均有4個(gè)電子，其原子既不易失去(shīqù)也不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。一、硅單質(zhì)(dānzhì)Si+14842+642C第四頁，共37頁。自然界中有無(yǒuwú)游離態(tài)的硅?——自然界不存在(cúnzài)游離態(tài)硅。硅是一種親氧元素，主要以高熔點(diǎn)的SiO2及硅酸鹽的形式存在(cúnzài)。硅太陽能電池(diànchí)第五頁，共37頁。2、硅的存在(cúnzài)形式硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石(yánshí)、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。碳—統(tǒng)治有機(jī)界：碳是構(gòu)成(gòuchéng)有機(jī)物的主要元素。硅—統(tǒng)治無機(jī)礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素?！匀唤绮淮嬖谟坞x態(tài)硅。硅是一種親氧元素，主要以高熔點(diǎn)的SiO2及硅酸鹽的形式存在于自然界。第六頁，共37頁。2、物理性質(zhì)(wùlǐxìngzhì)：1、存在(cúnzài)形式{晶體(jīngtǐ)硅無定形硅硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)(1410℃)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。第七頁，共37頁。3、硅的晶體結(jié)構(gòu)：每個(gè)硅原子通過(tōngguò)4個(gè)共用電子對(duì)與周圍4個(gè)硅原子連接，成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間延伸，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第八頁，共37頁。4、化學(xué)性質(zhì)(huàxuéxìngzhì)你能根據(jù)硅的原子結(jié)構(gòu)推測(cè)硅單質(zhì)(dānzhì)可能具有的化學(xué)性質(zhì)第九頁，共37頁。②在高溫(gāowēn)條件下，單質(zhì)硅能與O2和Cl2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。①常溫下化學(xué)性質(zhì)(huàxuéxìngzhì)不活潑，只能跟F2、HF和NaOH溶液反應(yīng)。Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑硅單質(zhì)(dānzhì)的化學(xué)性質(zhì)第十頁，共37頁。高溫(gāowēn)下，具有強(qiáng)還原性Si+O2SiO2△Si+C

SiC（金剛砂)高溫Si+2FeO

SiO2+2Fe高溫Si+2Cl2

SiCl4△第十一頁，共37頁。工業(yè)上，用焦炭(jiāotàn)在高溫下還原石英砂可制得粗硅，又能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到SiCl4后再用氫氣還原制得純硅：5、硅的工業(yè)(gōngyè)制備硅單質(zhì)(dānzhì)SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

①Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

②SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③第十二頁，共37頁。（1）反應(yīng)①中焦炭做（）A.還原劑B.氧化劑C.二者都不是（2）反應(yīng)②屬于（），反應(yīng)③屬于（）A.化合反應(yīng)B.分解(fēnjiě)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做一做SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

①Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

②SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③根據(jù)(gēnjù)以下反應(yīng)回答下列問題：第十三頁，共37頁。6、用途(yòngtú)：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(diànchí)硅芯片(xīnpiàn)是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心硅單質(zhì)觀看下列圖片總結(jié)單質(zhì)硅的用途第十四頁，共37頁。（1）制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料(cáiliào)（2）含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯（3）含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備第十五頁，共37頁。二、二氧化硅(èryǎnghuàguī)和硅酸1、二氧化硅(èryǎnghuàguī)（SiO2）（1）SiO2的存在(cúnzài)形態(tài)無定形（硅藻土）瑪瑙水晶水晶瑪瑙(無色透明)(彩色環(huán)帶或?qū)訝?硅石結(jié)晶形沙子第十六頁，共37頁。（2）二氧化硅(èryǎnghuàguī)的晶體結(jié)構(gòu)CO2的晶體結(jié)構(gòu)SiO2的晶體結(jié)構(gòu)SiO2晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。因此，通常用SiO2來表示(biǎoshì)二氧化硅的組成。SiO2不是分子式，而是化學(xué)式（晶體中原子個(gè)數(shù)最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）?！維iO4】四面體結(jié)構(gòu)(jiégòu)第十七頁，共37頁。SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有(jùyǒu)優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著。光導(dǎo)纖維(ɡuānɡdǎoxiānwéi)石英(shíyīng)坩堝玻璃儀器精美瓷器第十八頁，共37頁。根據(jù)SiO2的存在(cúnzài)和應(yīng)用，請(qǐng)你分析以下問題：SiO2具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)(huàxué)穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？SiO2的這些性質(zhì)是由什么決定的？思考(sīkǎo)與交流：物理性質(zhì)：難溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不活潑。原因：SiO2的這些性質(zhì)主要與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。第十九頁，共37頁。①酸性氧化物與堿性(jiǎnxìnɡ)氧化物反應(yīng)生成鹽SiO2+CaO==CaSiO3（3）化學(xué)性質(zhì)(huàxuéxìngzhì):高溫(gāowēn)

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？因?yàn)閴A液會(huì)跟玻璃塞中的SiO2反應(yīng)，生成的硅酸鈉會(huì)把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起。

硅酸鈉，水溶液俗名“水玻璃”，具有黏性，可用作粘合劑，也可用來制備硅膠和木材防火劑等。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==

2CO△④SiO2不溶于水，不能與水反應(yīng)生成硅酸。第二十頁，共37頁。②與C的反應(yīng)(fǎnyìng)SiO2+2C==Si+2CO↑高溫(gāowēn)③與某些(mǒuxiē)鹽的反應(yīng)SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3==

CaSiO3+CO2↑

高溫反應(yīng)原理：高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)。HF是唯一可以與SiO2

發(fā)生反應(yīng)的酸，此反應(yīng)用來雕刻玻璃。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O④與HF的反應(yīng)（SiO2的特性）第二十一頁，共37頁。2、實(shí)驗(yàn)室能不能用玻璃瓶盛裝(shèngzhuāng)氫氟酸？不能。HF能腐蝕(fǔshí)玻璃，要用塑料瓶裝，制取HF也不能用玻璃器皿而要用鉛皿。1、某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與氫氧化鈉(qīnɡyǎnɡhuànà)反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?

不正確。因?yàn)槎趸柚桓鷼浞岱磻?yīng)，不能與一般的酸反應(yīng)，只是屬于酸性氧化物?！舅伎寂c交流】特性：與HF反應(yīng)

SiO2

＋4HF=SiF4↑＋2H2O第二十二頁，共37頁。用途：玻璃(bōlí)中含有SiO2,可用氫氟酸刻蝕玻璃(bōlí)。第二十三頁，共37頁。2、SiO2的用途(yòngtú):裝飾品石英(shíyīng)坩堝光導(dǎo)纖維(ɡuānɡdǎoxiānwéi)石英鐘表耐磨器皿建筑材料（沙子）第二十四頁，共37頁。CO2SiO2物理性質(zhì)狀態(tài)熔沸點(diǎn)硬度水溶性化學(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)氣態(tài)(qìtài)固態(tài)(gùtài)熔、沸點(diǎn)(fèidiǎn)低熔、沸點(diǎn)高，硬度大CO2+H2O=H2CO3不能反應(yīng)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不能反應(yīng)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaOCaSiO3高溫可溶于水不溶于水有粘性

小結(jié)：CO2和SiO2性質(zhì)比較:第二十五頁，共37頁。2、硅酸(ɡuīsuān)（H2SiO3）Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓

+2NaClP76實(shí)驗(yàn)(shíyàn)4-1（1）制備(zhìbèi)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論

滴入酚酞溶液呈_____；滴入鹽酸___________,有_____________產(chǎn)生。Na2SiO3呈堿性硅酸難溶于水酸性：HCl＞H2SiO3

紅色紅色逐漸褪去白色膠狀物質(zhì)

思考：如何制得硅酸？能用SiO2與水反應(yīng)制得嗎？

由于SiO2不容于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其它酸反應(yīng)制得的。第二十六頁，共37頁。思考：怎樣(zěnyàng)由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反應(yīng)原理(yuánlǐ)：強(qiáng)酸制弱酸思考：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較硅酸和碳酸(tànsuān)的酸性強(qiáng)弱？第二十七頁，共37頁。實(shí)驗(yàn)(shíyàn)探究：提供以下藥品與儀器，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)最合理的實(shí)驗(yàn)方案比較硅酸和碳酸(tànsuān)的酸性強(qiáng)弱。分液漏斗、試管、導(dǎo)氣管(qìguǎn)、雙孔橡膠塞稀HCl、大理石、Na2SiO3溶液、飽和NaHCO3溶液藥品：主要儀器：實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象結(jié)論Na2SiO3溶液飽和NaHCO3溶液大理石稀HClNa2SiO3+H2O+CO2＝H2SiO3↓+Na2CO3酸性：H2CO3＞H2SiO3有白色膠狀物質(zhì)產(chǎn)生①如圖組裝好裝置，并檢查其氣密性；②裝好藥品，打開分液漏斗上口玻璃塞，再擰開下面的活塞，緩慢滴加稀HCl，觀察現(xiàn)象?；瘜W(xué)方程式：第二十八頁，共37頁。①不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱(shòurè)易分解?H2SiO3==H2O+SiO2②弱酸性

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）硅酸(ɡuīsuān)的性質(zhì)第二十九頁，共37頁。（3）硅膠(ɡuījiāo)制備：H2SiO3硅酸凝膠硅酸干凝膠“硅膠”用途：硅膠多孔，吸附水份能力(nénglì)強(qiáng)，常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。逐漸(zhújiàn)聚合干燥脫水第三十頁，共37頁。小結(jié)(xiǎojié)、二氧化硅1、可分為晶體(石英和水晶)和無定形(硅藻土)，統(tǒng)稱(tǒngchēng)為硅石2、晶體結(jié)構(gòu)晶體(jīngtǐ)中每個(gè)硅原子通過共價(jià)鍵與周圍4個(gè)氧原子結(jié)合成正四面體形結(jié)構(gòu)單元,每個(gè)硅原子與兩個(gè)氧原子連接,形成一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是原子晶體(jīngtǐ)。第三十一頁，共37頁。3、物理性質(zhì)(wùlǐxìngzhì)硬度(yìngdù)大,熔點(diǎn)高,難溶于水4、化學(xué)性質(zhì)(huàxuéxìngzhì)：（1）酸性氧化物的通性：①與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaO=CaSiO3②與強(qiáng)堿反應(yīng)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③與鹽反應(yīng)：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2④不與水反應(yīng)：SiO2+H2O≠H2SiO3第三十二頁，共37頁。（2）特性(tèxìng)：與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O5、用途(yòngtú)①制光導(dǎo)纖維②石英玻璃制化學(xué)儀器③石英表、石英鐘④水晶(shuǐjīng)制光學(xué)儀器和工藝品⑤瑪瑙制精密軸承和裝飾品第三十三頁，共37頁。種類(zhǒnglèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成二、硅酸鹽如Na2SiO3

Na2O?SiO2K(Al2Si3O10)(OH)2

K2O·2Al2O3·6SiO2·2H2O1、Na2SiO3

俗名(súmíng)：水玻璃、泡花堿具有黏合作用，并可作防火劑Na2SiO3·5H2O

大蘇打、海波，照相(zhàoxiàng)工業(yè)用作定影劑第三十四頁，共37頁。將下列(xiàliè)天然硅酸鹽改寫成氧化物的形式：(1)石棉CaMg3Si4O12_________________。(2)綠柱石Be3Al2Si6O18__________________。(3)白云母H4K2Al6Si6O24___________