《第一節(jié)-無機非金屬材料的主角-硅》課件

《第一節(jié)-無機非金屬材料的主角——硅》課件第一頁，共50頁。無機非金屬材料的主角——硅（第一課時）地球生物生存的根基——空氣、水、陽光、硅酸鹽第二頁，共50頁。1.了解二氧化硅及硅酸的性質與應用2.認識物質間既有相似性又有各自的特性重點：二氧化硅的性質和硅酸的制備難點：二氧化硅的結構學習目標：第三頁，共50頁。第四頁，共50頁。C、Si的原子結構示意圖。+14+6CSi碳、硅原子既不易失去又不易得到電子，主要形成四價的化合物。非金屬性：C>Si第五頁，共50頁。硅元素在地殼中的含量為26.3%，僅次于氧。硅是一種親氧元素,在自然界沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)——主要以熔點很高的氧化物（二氧化硅）和硅酸鹽的形式存在。硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質量的90%以上。第六頁，共50頁。結晶形（石英晶體）無定形——硅藻土水晶瑪瑙一、二氧化硅（SiO2

）1、存在:硅石無色透明彩色環(huán)帶或層狀水晶瑪瑙SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。結晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。第七頁，共50頁。二氧化硅中沒有單個分子，用SiO2來表示二氧化硅的組成,表示Si與O的原子個數(shù)比為1:2,所以不是分子式而是化學式。[SiO4]四面體結構立體網狀結構決定了SiO2具有優(yōu)良的物理性質一、二氧化硅2.結構SiO2的晶體結構圖

每1個Si原子周圍結合4個O原子，Si在中心,O在四個頂角。同時每1個O原子周圍結合2個Si原子相結合。第八頁，共50頁。一、二氧化硅用途：①以SiO2為主要成分的沙子是基本的建筑材料②純凈的SiO2是現(xiàn)代光學及光纖制品的基本原料③石英和瑪瑙制作飾物和工藝品第九頁，共50頁。思考與交流P76物理性質:_____________________________化學穩(wěn)定性:_________________________通常條件下，很穩(wěn)定熔點高、硬度大、難溶于水第十頁，共50頁。交流與研討1.玻璃中含有SiO2，從物質組成和性質角度來分類，SiO2屬于哪類物質？2.SiO2可能具有哪些化學性質？第十一頁，共50頁。3、二氧化硅的化學性質（通常很不活潑）具有酸性氧化物的通性（1）與強堿反應生成鹽和水SiO2

＋2NaOH=Na2SiO3

＋H2O

硅酸鈉（2）與堿性氧化物反應生成鹽（有粘性，其溶液俗稱水玻璃）高溫SiO2＋CaOCaSiO3SiO2+2OH—==SiO3

2-+H2O第十二頁，共50頁。（2）難溶于水，不與水反應4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O（3）SiO2的特性

——與氫氟酸（HF）反應*用途：雕刻玻璃第十三頁，共50頁。1.為什么在實驗室中盛放NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？防止玻璃中的SiO2與NaOH溶液反應生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。思考第十四頁，共50頁。2.實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？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.某同學根據(jù)SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應,推斷SiO2為兩性氧化物，是否正確?第十五頁，共50頁。物質CO2SiO2物理性質無色無味氣體、熔沸點低、微溶于水

固體、熔沸點高、不溶于水化學性質與水反應與酸反應與堿反應與堿性氧化物反應CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+Na2O==Na2CO3

SiO2+CaOCaSiO3

CO2+H2OH2CO3

二氧化碳與二氧化硅比較酸性氧化物第十六頁，共50頁。思考：

，但是SiO2不能與水直接化合成H2SiO3。那怎樣制備H2SiO3呢？

硅酸是一種怎樣的物質呢？CO2+H2OH2CO3

第十七頁，共50頁。

現(xiàn)象

結論反應式

①滴入酚酞溶液呈紅色

②硅酸難溶于水Na2SiO3+2HCl==H2SiO3(膠體)

+2NaCl

制備可溶性硅酸鹽（如Na2SiO3）與酸反應

①Na2SiO3溶液呈堿性

②滴入鹽酸有白色膠狀沉淀產生二、硅酸(H2SiO3)Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3(膠體)

實驗4-1：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸第十八頁，共50頁。硅酸凝膠經干燥脫水就形成干膠，稱為“硅膠”。酸性較弱，比碳酸的酸性還弱；溶解度很小。二、硅酸(H2SiO3)

干燥硅膠

濕硅膠硅膠多孔，吸附水份能力強，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。第十九頁，共50頁。1、制備Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（膠體）+2NaCl2、物理性質:白色，膠狀，不溶于水的物質4、用途:可作干燥劑和催化劑的載體3、化學性質酸性比碳酸弱（2)不穩(wěn)定性：

H2SiO3==SiO2+H2O△強酸制弱酸原理（酸性HCl>H2CO3>H2SiO3）（1)與強堿溶液反應：

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O小結Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（膠體）+2Na2CO3第二十頁，共50頁。練習1為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學生設計了如圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質)。請據(jù)此回答：思考：直接將A中產生的二氧化碳通入到C中的硅酸鈉溶中，能否證明H2CO3強于H2SiO3？鹽酸飽和NaHCO3溶液吸收HCl氣體Na2SiO3溶液HClH2CO3H2SiO3第二十一頁，共50頁。練習第二十二頁，共50頁。三、硅酸鹽硅酸鹽結構復雜的固態(tài)化合物，一般都不溶于水，化學性質很穩(wěn)定。1、含義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱第二十三頁，共50頁。①最簡單的硅酸鹽，可溶于水②其水溶液俗稱為水玻璃。③硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用作木材防火劑等；還可用于制備硅酸3.硅酸鈉（Na2SiO3）三、硅酸鹽放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結論當水分蒸發(fā)后燃燒當水分蒸發(fā)后不易燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火（制備木材防火劑的原料）第二十四頁，共50頁。2、硅酸鹽的表示方法：①化學式法：②氧化物法：硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉：Na2O·

SiO2硅酸鈣：CaO·SiO2三、硅酸鹽第二十五頁，共50頁。硅酸鹽的表示方法：(1)將硅酸鹽中所有元素都寫成氧化物(二氧化硅和氧化物的組合)。氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。(2)氧化物之間以“·”隔開。(3)注意原子守恒①硅酸鈉NaSiO3

②石棉CaMg3Si4O12

③長石KAlSi3O8第二十六頁，共50頁。無機非金屬材料硅酸鹽產品陶瓷水泥玻璃四、硅酸鹽工業(yè)第二十七頁，共50頁。（1）玻璃普通玻璃:以純堿(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2)為原料Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑②主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2①有關反應的化學方程式：高溫高溫四、硅酸鹽工業(yè)第二十八頁，共50頁。以黏土和石灰石為主要原料（2）水泥（3）傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷：傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷是以黏土為原料，經高溫燒結而成。日常生活中常見的陶瓷有日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具等。第二十九頁，共50頁。（4）具有特殊功能的含硅物質：①碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結構。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。②硅鋼（鐵合金）導磁性良好，用作變壓器鐵芯。第三十頁，共50頁。③硅橡膠最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠。④分子篩具有均勻微孔結構的鋁硅酸鹽。硅酸鹽第三十一頁，共50頁。t第三十二頁，共50頁。傳統(tǒng)無機非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥新型無機非金屬材料：新型陶瓷高溫結構陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導陶瓷等第三十三頁，共50頁。新型無機非金屬材料：新型無機非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強度高；

（2）具有電學性質；

（3）具有光學性質；

（4）具有生物功能；第三十四頁，共50頁。1、硅的工業(yè)制法

粗硅：

純硅：2C+SiO2===Si(粗)+2CO↑高溫Si(粗)+2Cl2====SiCl4

SiCl4+2H2===Si(純)+4HCl高溫五、硅單質第三十五頁，共50頁。四、硅單質2、硅的種類、結構、物理性質單質硅有晶體和無定形兩種。晶體硅的結構與金剛石類似，是帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高、硬度大、有脆性。第三十六頁，共50頁。3、化學性質四、硅單質

Si+O2===SiO2Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑第三十七頁，共50頁。物質CO2

SiO2化學性質與鹽反應與碳反應制法CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3CO2+C2CO

SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑

SiO2+2CSi

+2CO↑

CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑H2SiO3===SiO2+H2O△第三十八頁，共50頁。4、用途①晶體硅的導電性介于導體和半導體之間,是良好的半導體材料,硅是信息技術的關鍵材料硅太陽能電池②利用硅的半導體性能，制成光電池，將光能轉化為電能。四、硅單質第三十九頁，共50頁。電腦的中央處理器（CPU）硅芯片的使用，使計算機的體積已縮小到筆記本一樣大小了。第四十頁，共50頁。第四十一頁，共50頁。硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。硅芯片第四十二頁，共50頁。2、結構材料——高溫結構陶瓷：(1)氧化鋁陶瓷(人造剛玉)：氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品第四十三頁，共50頁。

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