高中化學(xué)必修《無機(jī)非金屬材料的主角硅》教學(xué)課件

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角—硅Al-7.73%O-48.60%Si-26.30%地殼中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸長石一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸滑石一、二氧化硅和硅酸石棉一、二氧化硅和硅酸高嶺土一、二氧化硅和硅酸粘土一、二氧化硅和硅酸畫出硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖分析：既不易失電子，又不易得電子，主要形成四價的化合物。硅元素與哪種原子的結(jié)構(gòu)相似？碳一、二氧化硅和硅酸你知道嗎?常溫下，單質(zhì)碳、硅的化學(xué)性質(zhì)都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質(zhì)（金剛石）存在，而硅卻沒有？單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)雖然穩(wěn)定，但硅是一種親氧元素，硅原子和氧原子的結(jié)合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸鹽中的硅氧化學(xué)鍵非常牢固，硅氧鍵一旦形成就很難被破壞，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸鹽的形式存在，沒有游離態(tài)的硅。硅是一種親氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。一、二氧化硅和硅酸（1）存在硅石（12%）結(jié)晶形：石英無定形水晶瑪瑙1、二氧化硅一、二氧化硅和硅酸石英水晶一、二氧化硅和硅酸茶水晶紫水晶薔薇石英黃水晶一、二氧化硅和硅酸瑪瑙一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸光導(dǎo)纖維光纜一、二氧化硅和硅酸（2）用途：光導(dǎo)纖維石英：耐高溫化學(xué)儀器、石英電子表、石英鐘水晶：電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、高級工藝品和眼鏡片瑪瑙：精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品光纖瑪瑙飾品一、二氧化硅和硅酸思考與交流P76物理性質(zhì):_____________________________化學(xué)穩(wěn)定性:_________________________通常條件下，很穩(wěn)定硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水一、二氧化硅和硅酸思考為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)有這么大的差別？是結(jié)構(gòu)上的不同科學(xué)視野P74一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸SiO二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)一、二氧化硅和硅酸設(shè)疑:

實(shí)驗(yàn)室中盛放堿液的試劑瓶與盛放其它溶液的試劑瓶有何不同？為什么？一、二氧化硅和硅酸交流與研討1.玻璃中含有SiO2，從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來分類，SiO2屬于哪類物質(zhì)？2.SiO2可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？一、二氧化硅和硅酸（3）化學(xué)性質(zhì)（a）常溫與氫氟酸（SiO2很不活潑，HF是唯一能跟其反應(yīng)的酸）4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O（b）酸性氧化物：不溶于水，也不與水反應(yīng)。2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O與強(qiáng)堿反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaO===CaSiO3高溫(所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。)

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。一、二氧化硅和硅酸性質(zhì)二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3高溫————酸性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與氫氟酸反應(yīng)一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸2.硅酸(H2SiO3)

硅酸是一種白色粉末狀的固體，它不溶于水；是一種弱酸，不能使指示劑變色。一、二氧化硅和硅酸思考

二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)，那么，如何制得硅酸呢？由可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制備。一、二氧化硅和硅酸

實(shí)驗(yàn)4-1：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①滴入酚酞溶液呈紅色①Na2SiO3溶液呈堿性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（膠體）

+2NaCl實(shí)驗(yàn)探究：②滴入鹽酸有凝膠產(chǎn)生②硅酸難溶于水一、二氧化硅和硅酸知識拓展：

把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，會有什么現(xiàn)象？現(xiàn)象結(jié)論方程式滴入硫酸有凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3（膠體）

+Na2SO4一、二氧化硅和硅酸所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體－硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強(qiáng)，常用做實(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。一、二氧化硅和硅酸2、硅酸（H2SiO3)（1）制取：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓白色膠狀強(qiáng)酸制弱酸（2）性質(zhì)：①白色膠狀，難溶②弱酸性（酸性H2SiO3<H2CO3）③脫水形成硅膠Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（膠體）

+Na2CO3（用作干燥劑）原理一、二氧化硅和硅酸活動與探究：

硅酸是一種比碳酸還要弱的酸。請利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的儀器及藥品，設(shè)計一個簡單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份實(shí)驗(yàn)報告。一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸CO2通入下列各溶液中，無明顯現(xiàn)象發(fā)生的是（）A、氯化鈣溶液B、澄清石灰水C、硅酸鈉溶液D、飽和碳酸鈉溶液A合作討論：一、二氧化硅和硅酸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?。請在對?yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。一、二氧化硅和硅酸2、下列說法正確的是（）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SiO2分子BD一、二氧化硅和硅酸3、玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上進(jìn)行蝕刻，將其制成毛玻璃和雕花玻璃的物質(zhì)是()A、燒堿B、純堿

C、氫氟酸D、鹽酸C一、二氧化硅和硅酸硅酸鈉：水溶液叫水玻璃。用蒸餾水浸過用Na2SiO3飽和溶液浸過現(xiàn)象結(jié)論用途：【實(shí)驗(yàn)4－2】水份蒸發(fā)后燃燒不易燃燒用水玻璃浸過的物品可以防火肥皂填料、黏膠劑、阻燃劑二、硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，在自然界分布極廣。硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物，一般都不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。幾種硅酸鹽產(chǎn)品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要的無機(jī)非金屬材料。二、硅酸鹽硅酸鹽的一般特點(diǎn)：☆一般不溶于水（除Na、K鹽外）化學(xué)穩(wěn)定性高?！罘N類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)成地殼的骨架?！钔ǔＳ醚趸锏男问奖硎酒浣M成。如Na2SiO3寫成Na2O·SiO2二、硅酸鹽實(shí)例Na2SiO3Na2O?SiO2二、硅酸鹽高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O二、硅酸鹽要領(lǐng)：兩邊原子個數(shù)守恒格式：金屬氧化物、二氧化硅、水順序：金屬按活動性順序表拆分原則二、硅酸鹽

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2練習(xí)鉀云母二、硅酸鹽Na2SiO3Na2O·SiO2CaSiO3CaO·SiO2粘土：Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃：Na2O·CaO·6SiO2水泥：3CaO·SiO2；2CaO·SiO2；3CaO·Al2O3二、硅酸鹽自然界變化：硅酸鹽巖石→粘土→土壤膠體→吸收NH4＋、K＋等營養(yǎng)離子→供生物吸收。二、硅酸鹽水泥:以石灰石和黏土為原料硅酸鹽產(chǎn)品二、硅酸鹽玻璃:以純堿、石灰石和石英為原料

普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2二、硅酸鹽人面魚紋盆(陶瓷)磚瓦(陶瓷)陶瓷(China)：以粘土原料二、硅酸鹽其它重要硅化物SiC硅鋼（4％）硅橡膠科學(xué)視野：新型陶瓷二、硅酸鹽金剛砂硅鋼硅橡膠生物陶瓷二、硅酸鹽硅有晶體硅和無定形硅兩種單質(zhì)1.物理性質(zhì):①灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體②熔、沸點(diǎn)高、硬度大③晶體硅是良好的半導(dǎo)體2.化學(xué)性質(zhì):三、硅單質(zhì)常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿外不跟其他物質(zhì)如：氧氣、氯氣、硫酸等起反應(yīng)，但在加熱情況下，硅也能跟一些非金屬反應(yīng)。（1）、與氟氣反應(yīng)：（2）、與氫氟酸反應(yīng)：（3）、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：（4）、與氯氣反應(yīng)：（5）、與氧氣反應(yīng)Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl4

Si+C==SiC高溫Si+O2==SiO2△三、硅單質(zhì)3、用途：集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽能電池、硅的合金可用來制造變壓器鐵芯等。三、硅單質(zhì)SiO2

粗硅SiCl4Si+C+Cl2

精餾+H2高溫高溫高溫生成的液態(tài)SiCl4經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用H2還原SiO2+2C==2CO

+Si（粗）高溫高溫Si(粗)+2Cl2==SiCl4高溫SiCl4+2H2==4HCl+Si（純）

注：SiCl4沸點(diǎn)為57.6℃

4、硅的工業(yè)制法三、硅單質(zhì)SiSiO2與水O2F2氫氟酸與NaOH與CaO不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2＋4HF＝SiF4↑

＋2H2O不反應(yīng)2Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑2NaOH＋SiO2＝

Na2SiO3＋H2OSi＋O2＝SiO2△Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑

＋2H2↑CaO＋SiO2＝CaSiO3高溫三、硅單質(zhì)硅元素單質(zhì)硅Si+F2Si+HFSi+

NaOH

加熱能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（O2、Cl2）O2Na2SiO3、CaSiO3二氧化硅是光導(dǎo)纖維的主要原料，光導(dǎo)纖維可用作通訊材料和制造醫(yī)用內(nèi)窺鏡等硅可制造集成路、太陽能電池等；硅合金可用來制造變壓器鐵芯、耐酸設(shè)備等。只有化合態(tài)SiO2硅酸鹽C高溫HF無游離態(tài)常溫不活潑歸納總結(jié)三、硅單質(zhì)相應(yīng)練習(xí)1已知硅與強(qiáng)堿氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑現(xiàn)把11.5g鈉和4.2g硅同時投入100g水中，在標(biāo)況下可收集到H2多少L？（提示：與Si反應(yīng)的NaOH是過量的）解：Na—1/2H2231/2×22.411.5XSi—2H2282×22.44.2YY=(4.2×2×22.4)