2023學(xué)年完整公開(kāi)課版硅

第四章第一節(jié)硅無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料的主角---硅預(yù)習(xí)檢測(cè)根據(jù)你的預(yù)習(xí)，判斷正誤：1硅能導(dǎo)電，故它是金屬。（）2硅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在自然界中主要以游離態(tài)存在。（）3高純度的硅被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片。（）4晶體硅是制造光導(dǎo)纖維的原料。（）5二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不可以與任何酸反應(yīng)。（）√××××硅元素silicon在地殼中的含量氧486%硅263%鋁773%鐵475%鈣345%鈉274%鉀247%鎂200%氫016%其他120%硅263%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、約占地殼總量的90%以上。

自然界有沒(méi)有游離態(tài)的硅？一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料太陽(yáng)能電池觀察以下三幅圖，晶體硅具有怎樣的物理性質(zhì)？硅單質(zhì)1存在：硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種（自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅）。2物理性質(zhì)：（1）有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石，熔點(diǎn)1410℃和沸點(diǎn)都很高，硬度大。（2）導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。硅是非金屬，為何會(huì)具有金屬的性質(zhì)？處于金屬非金屬的交界處最早應(yīng)用的半導(dǎo)體材料應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料

結(jié)構(gòu)類(lèi)似金剛石，硬熔點(diǎn)高,硬度大。從晶體結(jié)構(gòu)及原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)硅，并總結(jié)硅的化學(xué)性質(zhì)?！换顫姽韬吞家粯?其原子既不易失去電子，也不易得到電子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成四價(jià)化合物例如:SiO2和H2SiO3及SiO32-。CSi碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)硅2、化學(xué)性質(zhì)——不活潑（1）常溫下與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿反應(yīng)Si2NaOHH2O＝Na2SiO32H2↑（2）加熱Si+O2＝SiO2常溫下很穩(wěn)定，不易與氫氣、氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。為何自然界沒(méi)有游離態(tài)的硅？硅是親氧元素，在地殼形成的高溫環(huán)境條件下，硅與氧形成穩(wěn)定的SiO2硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)都需要有高純度的硅才能實(shí)現(xiàn)，工業(yè)上是如何獲得單質(zhì)硅的呢？資料：據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明：SiO22C==Si2CO↑反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為T(mén)>SiO2C==Si2CO2↑反應(yīng)能夠發(fā)生的溫度為T(mén)>如果你是工廠管理者，你會(huì)選則哪個(gè)溫度？為什么？高溫高溫溫度高，對(duì)設(shè)備的要求也高，所需費(fèi)用也高，不經(jīng)濟(jì)。反應(yīng)得到的是粗硅，還需提純。3、單質(zhì)硅的制取SiO2+2C＝Si+2CO高溫粗制精制Si+2Cl2＝SiCl4高溫SiCl4+2H2＝Si+4HCl高溫置換反應(yīng)價(jià)值5元的沙子SiO2Si點(diǎn)沙成金價(jià)值5000元的芯片③制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料④含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯⑤含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備①半導(dǎo)體材料；硅芯片②太陽(yáng)能電池晶體管、集成電路、硅整流器、太陽(yáng)能電池、硅合金等。3、硅的用途半導(dǎo)體材料晶體管集成電路硅芯片衛(wèi)星的翅膀太陽(yáng)能汽車(chē)的尾巴在太陽(yáng)能方面的利用太陽(yáng)能電池在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，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)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。硅在電子工業(yè)中的重要作用二、二氧化硅1二氧化硅SiO2硅石(天然)結(jié)晶形（石英）無(wú)定形（硅藻土，沙子）純凈的SiO2晶體叫做水晶。石英具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇iO2的天然存在：水晶純凈的二氧化硅觀察SiO2的外觀，總結(jié)SiO2物理性質(zhì)石英水晶紫水晶薔薇石英茶晶黃水晶瑪瑙2物理性質(zhì)物質(zhì)SiO2CO2狀態(tài)（常溫）氣體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)硬度——水溶性1：1固體1610℃2230℃高不溶大思考：兩者性質(zhì)差別為什么如此大？-78.5℃

-56.6℃低直線型SiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)（2）化學(xué)性質(zhì):通常條件下，很穩(wěn)定交流與研討1從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來(lái)分類(lèi)，SiO2屬于哪類(lèi)物質(zhì)？2SiO2可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？3、化學(xué)性質(zhì)1酸性氧化物：思考：NaOH溶液為什么不盛裝在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中？____高溫SiO2＋CaOCaSiO3

SiO2

＋2NaOH

＝

Na2SiO3

＋H2O、

常用的礦物膠因?yàn)椴ＡУ闹饕煞质嵌趸?，易與堿液反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的硅酸鹽，將瓶蓋粘合SiO2坩堝（陶瓷）能用來(lái)熔融燒堿？3、化學(xué)性質(zhì)

SiO24HF=SiF4↑2H2O2特性注意：利用該反應(yīng)可以雕刻玻璃不能。因?yàn)椴Ａ恐泻械腟iO2會(huì)與HF反應(yīng),最好用特制的塑料瓶能否用玻璃試劑瓶盛氫氟酸，為什么？應(yīng)用什么瓶盛放？在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟［拓展］有人認(rèn)為SiO2既能和堿反應(yīng)又能和酸反應(yīng)，所以應(yīng)認(rèn)為它是一種兩性氧化物。你同意這種看法嗎？［解答］不同意這種看法。因?yàn)镾iO2與HF反應(yīng)不能生成鹽,而且它只能與HF反應(yīng),與其他酸不反應(yīng)化合物化學(xué)性質(zhì)二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)相同點(diǎn)酸性氧化物與強(qiáng)堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與水反應(yīng)

弱氧化性特殊性SiO2+CaO=CaSiO3

高溫CO2+H2OH2CO3

CO2+C=2CO高溫

SiO2+2C=Si+2CO↑高溫SiO24HF=SiF4↑2H2OCO22NaOH=Na2CO3H2OCO2CaO=CaCO3與氫氟酸不反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3（有粘性H2O不反應(yīng)酸性氧化物（4）用途裝飾品石英坩堝光導(dǎo)纖維石英手表光學(xué)儀器耐磨器皿SiO2精密儀器軸承石英制品水晶制品--------------------------------------------------------光導(dǎo)纖維光纜光學(xué)纖維胃鏡二、硅酸H2SiO3很弱的酸,酸性比碳酸弱，不能使酸堿指示劑變色2不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定）受熱易分解：難溶于水。白色膠狀固體H2SiO3==SiO2+H2O△1、物理性質(zhì)2、化學(xué)性質(zhì)（1與強(qiáng)堿反應(yīng)H2SiO32NaOH==Na2SiO32H2O思考：CO2＋H2O＝H2CO3，但是SiO2不能與水直接化合成H2SiO3。那怎樣制備H2SiO3呢？向飽和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀鹽酸現(xiàn)象結(jié)論方程式滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的硅酸凝膠產(chǎn)生Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO32HCl=H2SiO3膠體2NaCl實(shí)驗(yàn)4-13、硅酸制備如何通過(guò)反應(yīng)證明酸性比碳酸還弱Na2SiO3CO2H2O==Na2CO3H2SiO3↓向硅酸鹽溶液中加入鹽酸或通入CO2Na2SiO3溶液大理石+稀鹽酸稀鹽酸大理石飽和碳酸氫鈉溶液硅酸鈉溶液學(xué)生實(shí)驗(yàn)想一想敞口存放的硅酸鈉溶液為什么變渾濁？現(xiàn)象：生成白色凝膠結(jié)論：硅酸鈉溶液可以和CO2反應(yīng)生成硅酸，所以要密閉保存試劑二氧化硅氫氧化鈉溶液氫氟酸濃硫酸試劑瓶細(xì)口瓶，磨口塞廣口瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口瓶，橡皮塞練習(xí)1、實(shí)驗(yàn)室有幾種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎?。?qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。2、下列說(shuō)法正確的是（）A．SiO2溶于水顯酸性B．CO2通入水玻璃硅酸鈉的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶體中不存在單個(gè)SiO2分子BDBBC3將過(guò)量的CO2分別通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③CaOH2溶液；④飽和Na2CO3溶液；⑤NaAlO2溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是A．①②③B．②④⑤C．②③⑤D．②③④B3．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4．下列反應(yīng)能說(shuō)明二氧化硅是酸性氧化物的是

A．SiO2+2C=Si+2CO↑B．SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OC．SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OD．SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑5．下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來(lái)盛裝的是A.燒堿溶液B.濃硫酸C.HF氫氟酸D.碳酸鈉溶液高溫高溫4、硅膠硅酸濃度較小---硅酸溶膠，硅酸濃度較大---硅酸凝膠硅酸凝膠干燥脫水——硅酸干凝膠，稱為硅膠，（SiO2）干燥劑，催化劑載體原硅酸H4SiO4：白色膠狀沉淀，弱酸硅酸可看成原硅酸失去一個(gè)水后得到的三、硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用SiO2和金屬氧化物組合形式表示，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。1概念：是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。2硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)（1）有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，能耐高溫。（2）硅酸鹽易與酸反應(yīng)Na2SiO3H2OCO2==Na2CO3H2SiO3膠體Na2SiO32HCl==2NaClH2SiO3（膠體）放入蒸餾水放入Na2SiO3溶液現(xiàn)象結(jié)論水份蒸發(fā)后燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后，失去防火作用防火效果好，用作防火劑（2）用途：水玻璃是無(wú)色粘稠的液體，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強(qiáng)?？捎米鞣试硖盍希静?、織物的防腐劑和防火劑，建筑、紙張的黏膠劑。3Na2SiO3：最簡(jiǎn)單的硅酸鹽，易溶于水，其水溶液俗稱為水玻璃，水溶液顯堿性。可以用于制備硅膠和木材防火劑4、硅酸鹽組成表示（1）保持原有各元素化合價(jià)不變，按順序?qū)懗龈鞣N元素的氧化物如：硅酸鈉（Na2SiO3Na2O·SiO2鎂橄欖石（Mg2SiO4）2MgO·SiO2普通玻璃（CaNa2Si6O14）Na2O·CaO·6SiO2金屬氧化物寫(xiě)在前面，再寫(xiě)SiO2，最后寫(xiě)H2O；氧化物之間用“·”隔開(kāi)。注意:改寫(xiě)后應(yīng)與原來(lái)化學(xué)式中的原子個(gè)數(shù)比一樣。（２）除氧元素外，其他元素的原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成，配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。鈣沸石CaAl2Si3H6O13CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O2O·Al2O3·3SiO2粘土：Al2Si2O5OH4 長(zhǎng)石：AlSi3O8Al2O3·2SiO2·2H2O無(wú)機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃陶瓷：原料——黏土玻璃：原料——純堿、石灰石和石英；水泥：原料——黏土和石灰石；加適量石膏；5用途硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷：原料水泥：原料玻璃：原料教材：P78新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料（1）陶瓷的制備原料：黏土高溫?zé)Y(jié)（2）水泥的制備：a原料：黏土SiO2、石灰石、石膏（適量）b設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯c條件：高溫鍛燒水泥回轉(zhuǎn)窯3）玻璃A原料：純堿、石灰石、過(guò)量石英（SiO2B設(shè)備：玻璃熔爐C條件：高溫熔融D成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2E主要反應(yīng)：Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2↑CaCO3SiO2=CaSiO3CO2↑F種類(lèi)：普通玻璃、鋼化玻璃、有色玻璃、光學(xué)玻璃、防彈玻璃、鉛玻璃等1:1:61:1:4新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）壓電陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷氮化硅陶瓷氧化鋁透明陶瓷管具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。硅鋼（鐵合金）導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯分子篩：具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O

主要作吸附劑和催化劑硅橡膠：既耐高溫又耐低溫制造飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈的零件和絕緣材料1．用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，不正確的是A．鈣沸石CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石Mg2SiO42MgO·SiO2C．長(zhǎng)石AlSi3O82O·Al2O3·3SiO2D．