高中化學第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角-硅課件

【學習目標】1.了解SiO2的結構、性質和用途。2.了解硅酸的制備和化學性質。3.了解硅酸鹽的性質及組成的表示方法。4.了解硅的性質和用途。5.了解幾種重要無機非金屬材料的生產及用途。第一頁第二頁，共49頁?！拘轮A習】一、硅元素的存在及原子結構(1)硅元素在自然界中以何種形態(tài)存在？(2)硅原子的原子結構有何特點？1.存在硅元素在地殼中的含量為26.3%，僅次于氧；它在自然界中主要以_______及_______的形式存在，存在形態(tài)全部是________。氧化物硅酸鹽化合態(tài)第二頁第三頁，共49頁。2.原子結構硅的原子結構示意圖為___________,最外層有__個電子，反應中既不易失去電子也不易得到電子，主要形成___價的化合物。4+4第三頁第四頁，共49頁。二、二氧化硅的結構與性質SiO2的組成及結構有何特點？SiO2有哪些重要的物理性質和化學性質？1.存在存在形態(tài)結晶形，如_____石英無定形，如_______硅藻土統(tǒng)稱硅石石英、水晶、瑪瑙、光導纖維、沙子的主要成分是______。SiO2第四頁第五頁，共49頁。2.結構SiO2晶體是由Si和O按______的比例組成的__________結構的晶體，每個Si與___個O結合，每個O與___個Si結合。3.物理性質SiO2硬度大，熔點_____，______于水。OOOOSiO1∶2立體網(wǎng)狀42高難溶第五頁第六頁，共49頁。4.化學性質SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O____________________________________________不與水、一般的酸反應與NaOH反應SiO2

穩(wěn)定性特性與氫氟酸反應具有酸性氧化物的性質與CaO反應SiO2+CaOCaSiO3

高溫====SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O_________________________第六頁第七頁，共49頁。三、硅酸硅酸的酸性比碳酸的酸性強還是弱？有哪些主要的化學性質？實驗室中如何制備硅酸？第七頁第八頁，共49頁。1.制備實驗操作實驗現(xiàn)象滴加酚酞后溶液呈___色，滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)開__色，有_____________生成結論Na2SiO3溶液呈___性；滴加稀鹽酸后反應的化學方程式為______________________________紅無白色膠狀沉淀堿Na2SiO3+2HCl====2NaCl+H2SiO3↓第八頁第九頁，共49頁。2.物理性質H2SiO3是一種_____于水的白色膠狀物質。3.化學性質(1)弱酸性。①硅酸酸性比碳酸弱，向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體，反應的化學方程式為________________________________。②硅酸只與強堿反應，與NaOH溶液反應的化學方程式為____________________________。(2)不穩(wěn)定性。硅酸受熱易分解，化學方程式為H2SiO3SiO2+H2O。難溶Na2SiO3+CO2+H2O====Na2CO3+H2SiO3↓H2SiO3+2NaOH====Na2SiO3+2H2O△====第九頁第十頁，共49頁。4.硅膠硅膠制備H2SiO3的溶膠→硅酸凝膠硅膠脫水用途干燥劑、催化劑的載體第十頁第十一頁，共49頁。四、硅酸鹽(1)什么是硅酸鹽？如何用氧化物形式表示其組成？(2)你知道玻璃、水泥、陶瓷的制作原料及主要成分嗎？1.硅酸鹽：由硅、___和_____組成的化合物的總稱。2.組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：___________。長石(KAlSi3O8)：_________________。氧金屬Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO2第十一頁第十二頁，共49頁。3.性質硅酸鹽是一大類結構復雜的固態(tài)物質，大多不溶于水，化學性質很穩(wěn)定。4.最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3Na2SiO3

物理性質白色固體，易溶于水俗名泡花堿，水溶液稱_______化學性質與酸(鹽酸、碳酸等)反應，生成硅酸凝膠用途能制備硅膠和木材防火劑水玻璃第十二頁第十三頁，共49頁。5.三種常見的硅酸鹽產品硅酸鹽產品原料主要設備主要成分水泥玻璃陶瓷石灰石、黏土水泥回轉窯純堿、石灰石和石英玻璃窯黏土硅酸二鈣2CaO·SiO2硅酸三鈣3CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3

Na2O·CaO·6SiO2

第十三頁第十四頁，共49頁。6.其他含硅的物質物質性質用途SiC俗稱__________，具有金剛石結構，硬度很大砂紙、砂輪的磨料含4%硅的硅鋼很高的_________變壓器鐵芯硅橡膠既耐高溫，又耐低溫，在-60℃～250℃保持良好的彈性制火箭、導彈、飛機的零件和絕緣材料人工制造分子篩(鋁硅酸鹽)有均勻微孔結構作_________和催化劑金剛砂導磁性吸附劑第十四頁第十五頁，共49頁。五、硅單質的結構及性質單質Si的結構有何特點？有哪些重要的物理性質？有何重要應用？1.形態(tài)及結構形態(tài)有晶體硅和無定形硅兩大類結構具有正四面體構型的空間立體網(wǎng)狀結構，與金剛石結構類似第十五頁第十六頁，共49頁。2.主要性質晶體硅是有金屬光澤的灰黑色固體，熔點___、硬度___，有脆性、導電性，是良好的_______材料。常溫下化學性質穩(wěn)定，除氫氟酸和強堿外，不與其他物質發(fā)生反應。3.重要用途(1)半導體材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光電池等。高大半導體第十六頁第十七頁，共49頁。【正誤立判】1.硅原子既不易失去電子，也不易得到電子，所以在自然界中有大量的單質存在，如水晶。()分析：錯誤。硅原子雖然不易失去和得到電子，但硅是親氧元素，所以硅主要是以氧化物或硅酸鹽的形式存在，自然界中不存在單質硅。水晶是SiO2,不是單質硅。2.石英是SiO2分子直接構成的。(

)分析：錯誤。二氧化硅由Si、O原子按1∶2比例構成，晶體中不存在SiO2分子?！痢恋谑唔摰谑隧?，共49頁。3.SiO2是酸性氧化物，可與H2O直接化合生成H2SiO3。()分析：錯誤。SiO2不溶于水，不能與H2O直接反應生成H2SiO3。制取H2SiO3應用Na2SiO3和酸反應。4.Na2O·CaO·6SiO2是一種硅酸鹽，由Na2O和CaO及SiO2混合而成。(

)分析：錯誤。Na2O·CaO·6SiO2是一種硅酸鹽，屬于純凈物，上述形式只是該硅酸鹽的一種氧化物表示形式?！痢恋谑隧摰谑彭?，共49頁。5.制水泥、玻璃的共同原料是石灰石。()分析：正確。制水泥的原料是石灰石和黏土，制玻璃的原料是石灰石、石英和純堿，二者的共同原料是石灰石。6.硅是半導體材料，可用于制備光導纖維。()分析：錯誤。硅是半導體材料，但不能用于制備光導纖維，SiO2才是制備光導纖維的主要原料。√×第十九頁第二十頁，共49頁?！菊n堂探究】一、CO2、SiO2結構與性質的比較二氧化碳二氧化硅類別化學式的意義

物理性質與水反應

酸性氧化物酸性氧化物可表示CO2分子的組成不能表示SiO2的分子組成，僅表示SiO2中硅原子和氧原子個數(shù)之比為1∶2通常狀況下為氣體，熔、沸點低，可溶于水，比空氣密度大堅硬，不溶于水，熔、沸點高不反應CO2+H2OH2CO3

第二十頁第二十一頁，共49頁。二氧化碳二氧化硅與酸反應

與鹽反應

與堿反應

與CaO反應

不反應只與HF反應4HF+SiO2====SiF4↑+2H2OCO2+Na2CO3+H2O====2NaHCO3

高溫====SiO2+Na2CO3CO2↑+Na2SiO3CO2+2NaOH====Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2OCO2+CaO====CaCO3高溫====SiO2+CaOCaSiO3

第二十一頁第二十二頁，共49頁?！咎貏e提醒】(1)CO2由分子直接構成，SiO2由Si、O原子直接構成。(2)CO2可與堿反應，SiO2只與強堿反應。(3)氫氟酸能腐蝕玻璃，可用于刻蝕玻璃。第二十二頁第二十三頁，共49頁?！镜淅?】被譽為“光纖之父”的華人科學家高錕曾榮獲諾貝爾化學獎。下列敘述正確的是()A.CO2與SiO2都能跟H2O反應生成相應的酸B.SiO2與CO2都屬于酸性氧化物，都不能與酸反應C.SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應D.水晶的主要成分是SiC第二十三頁第二十四頁，共49頁?！舅悸伏c撥】解答本題應注意以下兩點：(1)SiO2不與水反應，也難溶于水。(2)SiO2與氫氟酸和NaOH溶液均能反應。【解析】選C。A項，CO2與水反應，SiO2不與水反應，也不溶于水；B項，SiO2為酸性氧化物，能與HF反應，但CO2不與酸反應；C項，SiO2能與NaOH溶液反應，SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O；D項，水晶是純凈的SiO2，SiC俗稱金剛砂。第二十四頁第二十五頁，共49頁?！揪剧姟刻己凸柙咏Y構相似，但CO2和SiO2在結構性質上卻有很大差異。解答此類問題時應注意SiO2的特性，避免機械套用CO2的性質。第二十五頁第二十六頁，共49頁。【拓展延伸】二氧化硅與碳酸鹽反應的原理以SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑為例：該反應之所以能夠發(fā)生，是因為該反應產生CO2氣體，能脫離反應體系，從而使反應能繼續(xù)進行，并不是因為H2SiO3的酸性比H2CO3強，事實上H2CO3的酸性比H2SiO3強，因為該反應不是溶液中進行的復分解反應，而是高溫條件下固體間的反應，不能用復分解反應原理來解釋。高溫====第二十六頁第二十七頁，共49頁。【變式備選】下列敘述正確的是()A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質相似B.因為CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強C.CO2和SiO2都能與碳反應，且都作氧化劑D.SiO2既能和NaOH反應，又能和HF反應，所以二氧化硅屬于兩性氧化物高溫====第二十七頁第二十八頁，共49頁。【解析】選C。CO2的熔沸點低，溶于水，SiO2的熔沸點高，硬度大，不溶于水，兩者都是酸性氧化物和其物理性質沒有因果關系，A錯；CaCO3和SiO2反應是SiO2的特殊性質，不能說明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B錯；SiO2和HF反應也是SiO2的特殊性質，不能說明SiO2是兩性氧化物，D錯。第二十八頁第二十九頁，共49頁。二、硅的制取及含硅化合物的轉化1.單質硅的制取(1)粗硅的制取。2C+SiO22CO↑+Si(粗硅)(2)純硅的制取。Si(粗硅)+2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si(純硅)+4HCl高溫====加熱====高溫====第二十九頁第三十頁，共49頁。2.硅及其化合物的轉化發(fā)生反應的化學方程式為：①Si+O2SiO2②SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O③CO2+H2O+Na2SiO3====Na2CO3+H2SiO3↓④H2SiO3SiO2+H2O⑤SiO2+2CSi+2CO↑△====△====高溫====第三十頁第三十一頁，共49頁?！咎貏e提醒】(1)硅在高溫時能與O2發(fā)生反應，粗硅制備時，用焦炭在電爐中隔絕空氣還原SiO2，且生成CO，而不是CO2。(2)常見單質中，與NaOH溶液反應生成H2的有金屬Al、非金屬Si。第三十一頁第三十二頁，共49頁?！镜淅?】晶體硅是一種重要的非金屬材料。制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用焦炭還原二氧化硅制得粗硅；②粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2;③SiHCl3與過量H2在1000℃～1100℃條件下反應制得純硅。已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。300℃====第三十二頁第三十三頁，共49頁。請回答下列問題：(1)第③步制備純硅的化學反應方程式為____________________________________________________。(2)粗硅與HCl反應完全后，經冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點57.6℃)和HCl(沸點-84.7℃)，提純SiHCl3的方法為______________________________________。第三十三頁第三十四頁，共49頁。(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置均已略去)：①裝置B中的試劑是__________________________________。②裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是__________________。第三十四頁第三十五頁，共49頁?！舅悸伏c撥】解答本題應注意以下兩點：(1)SiHCl3沸點低，容易汽化。(2)SiHCl3與H2反應制備純硅時，必須在干燥環(huán)境中進行。第三十五頁第三十六頁，共49頁。【解析】(2)根據(jù)SiHCl3、SiCl4、HCl沸點不同，可用蒸餾法分離出SiHCl3。(3)SiHCl3能與H2O劇烈反應，所以要進行干燥，根據(jù)裝置應選擇液態(tài)干燥劑濃硫酸。C裝置用水浴加熱SiHCl3，使其汽化，和H2進入D裝置反應。答案：(1)SiHCl3+H2Si+3HCl(2)蒸餾(3)①濃硫酸②使進入燒瓶中的SiHCl3汽化1000℃～1100℃=============第三十六頁第三十七頁，共49頁。【警示鐘】(1)石英和焦炭在高溫下反應生成CO，而不是CO2。(2)粗硅中雜質不是碳單質，而是SiC，因為發(fā)生反應C+SiSiC。(3)制備純硅時，石英管不能更換為玻璃管。因為高溫條件下玻璃會軟化。高溫====第三十七頁第三十八頁，共49頁?！咀兪接柧殹繂尉Ч枋侵谱麟娮蛹呻娐返幕A材料，對硅的純度要求很高。用化學方法可制得高純度硅，其化學方程式為：①SiO2+2CSi+2CO↑②Si+2Cl2SiCl4③SiCl4+2H2Si+4HCl。下列對上述三個反應的敘述中，不正確的是()A.①③為置換反應B.②為化合反應C.①②③均為氧化還原反應D.三個反應的反應物中硅元素均被還原高溫====加熱====高溫====第三十八頁第三十九頁，共49頁?！窘馕觥窟xD。反應①③為置換反應，反應②為化合反應，三個反應均有元素化合價變化，均屬于氧化還原反應，其中反應①和③中硅元素被還原，反應②中硅元素被氧化。第三十九頁第四十頁，共49頁?！九５缎≡嚒?．鎂橄欖石(2MgO·SiO2)中的陰離子是()A.SiO32-B.SiO44-C.SiO54-D.SiO64-【解析】選B。2MgO·SiO2表示成鹽的形式為Mg2SiO4。因此陰離子為SiO44-。第四十頁第四十一頁，共49頁。2．下列說法正確的是()A.SiO2溶于水顯酸性B.CO2通入水玻璃中可得到硅酸C.SiO2是生產水泥的主要原料D.因高溫時SiO2與Na2CO3反應放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸強第四十一頁第四十二頁，共49頁?！窘馕觥窟xB。SiO2是一種難溶于水的固體，故A不正確；生產水泥的原料是黏土和石灰石，SiO2是生產玻璃的主要原料，C不正確；SiO2可與Na2CO3在高溫條件下反應是因為生成的CO2氣體能不斷地從反應體系中逸出，從而促進反應進行，而并非因為H2SiO3酸性比H2CO3強，D不正確。第四十二頁第四十三頁，共49頁。3．