人教版高中化学 第四章 非金属及其化合物 4.1 无机非金属材料的主角硅教学课件 新人教必修1.ppt

第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物发现:非金属位于元素周期表的什么位置非金属位于元素周期表的什么位置?它们与人类的生存环境它们与人类的生存环境、生活和生生活和生产有何关系产有何关系?2021/8/9 星期一12021/8/9 星期一2从从沙沙滩滩到到用用户户2021/8/9 星期一3 非金属及其化合物非金属及其化合物第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角_硅硅2021/8/9 星期一41.含量：地壳中第二，含量：地壳中第二，为为26.3%，约，约1/4强。强。2021/8/9 星期一52.结构结构最外层最外层4个电子，既不易失去也不易得到个电子，既不易失去也不易得到电子，主要通过电子，主要通过 的形式形的形式形成四价的化合物。成四价的化合物。共用电子对共用电子对2021/8/9 星期一6二.硅及其化合物的作用硅的用途树形图硅的用途树形图2021/8/9 星期一73.3.硅单质的性质硅单质的性质硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体灰黑色，有金属光泽，硬而灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体脆的固体熔、沸点高、硬度大熔、沸点高、硬度大晶体硅是良好的半导体晶体硅是良好的半导体（1 1）.物理性质物理性质:2021/8/9 星期一8在常温下，化学性质不活泼。在常温下，化学性质不活泼。只与强碱、氟化氢、氟气反应只与强碱、氟化氢、氟气反应(2)(2)、硅的化学性质、硅的化学性质Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2FSi+2F2 2=SiF=SiF4 4Si+4HF=SiFSi+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2加热时，加热时，Si Si可以和可以和OO2 2、ClCl2 2等反应。等反应。2021/8/9 星期一9你知道吗你知道吗?常温下，单质常温下，单质碳、硅的化学碳、硅的化学性质都不活泼，性质都不活泼，为什么碳在自为什么碳在自然界中有稳定然界中有稳定的单质（金刚的单质（金刚石）存在，而石）存在，而硅却没有？硅却没有？单质硅的化学性质虽然稳单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。形式存在，没有游离态的硅。2021/8/9 星期一10天天然然的的 SiO2 硅硅石石有结晶形（石英晶体）有结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙二二.硅的化合物硅的化合物1.二氧化硅（二氧化硅（SiO2）2021/8/9 星期一112021/8/9 星期一122021/8/9 星期一13 石英还是制造分子筛的原料。这种晶体中有笼穴，像筛子一样，有的分子能透过，有的分子不能透过，因此称为分子筛，科学家根据需要，已经用SiOSiO2 2合成许许多多笼穴大小不同的分子筛，广泛用于气体分子的分离，还用作催化剂等,在环境科学、绿色化学方面很有意义2021/8/9 星期一142.SiO2的SiO4四面体结构 正四面体正四面体 空间网状结构空间网状结构 硅氧比例：硅氧比例：1：2 没有没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子分子存在，只存在硅氧原子2021/8/9 星期一15水水晶晶2021/8/9 星期一16玛玛 瑙瑙2021/8/9 星期一17 信息高速公路骨架信息高速公路骨架光导纤维光导纤维2021/8/9 星期一18二氧化硅二氧化硅 天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的体是结晶的二氧化硅二氧化硅.砂、石英、水晶砂、石英、水晶的主要成分都是的主要成分都是SiO2坚硬难熔的固体，不溶于水。熔沸点高坚硬难熔的固体，不溶于水。熔沸点高.常温下，二氧化硅的化学常温下，二氧化硅的化学性质不活泼不与水、酸（性质不活泼不与水、酸（HF除除外）反应，能与碱性氧化物或外）反应，能与碱性氧化物或强碱反应强碱反应生成盐。生成盐。(1).(1).物理性质物理性质:(2).(2).化学性质化学性质:2021/8/9 星期一19（1 1）跟碱（热的浓碱）反应跟碱（热的浓碱）反应（CO2可以可以跟稀的冷的碱反应），反应方程式是：跟稀的冷的碱反应），反应方程式是：SiO22NaOHNa2SiO3H2O，比较：CO22NaOHNa2CO3H2O 思考：实验室盛装思考：实验室盛装NaOH溶溶液时用什么塞子？为什么液时用什么塞子？为什么？）？）2021/8/9 星期一20（2 2）跟碱性氧化物反应）跟碱性氧化物反应SiO2CaO CaSiO3，比较：CO2CaOCaCO3，条件的不同说明什么问题？高温高温2021/8/9 星期一21（3 3）与氢氟酸反应）与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O注意：玻璃中含有注意：玻璃中含有SiO2，所以可以，所以可以用用HF来刻蚀玻璃。来刻蚀玻璃。2021/8/9 星期一22二氧化硅与二氧化碳比较二氧化硅与二氧化碳比较比较项目比较项目二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳色态、熔沸点色态、熔沸点硬度、溶解度硬度、溶解度与碱反应与碱反应与盐反应与盐反应与碱性氧化物反与碱性氧化物反应应与碳反应与碳反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应-无色固体、高无色固体、高无色气体、低无色气体、低大、难溶大、难溶小、可溶于水小、可溶于水SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO=高温高温=CaSiO3SiO2+Na2O=高温高温=Na2SiO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+2C=高温高温=Si+2COCO2+2C=高温高温=2COSiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO32021/8/9 星期一23SiOSiO2 2用途用途光导纤维光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表石英：耐高温化学仪器、石英电子表 石英钟石英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、高级工艺品和眼镜片高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品2021/8/9 星期一24二氧化硅的用途二氧化硅的用途2021/8/9 星期一25想一想想一想1、实验室为、实验室为什么不用玻璃什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸瓶盛装氢氟酸？2、实验室盛、实验室盛装装NaOH溶液溶液的试剂瓶为的试剂瓶为什么用橡胶什么用橡胶塞而不用玻塞而不用玻璃塞？璃塞？HF能腐蚀玻璃，因此，盛能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。要用塑料瓶。NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成Na2SiO3，使瓶塞，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛部分粘结而无法打开。因此盛装装NaOH溶液的试剂瓶不能用溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。玻璃塞而要用橡胶塞。2021/8/9 星期一26硅酸凝胶经干燥脱水就形硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为成干胶，称为“硅胶硅胶”。酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。（二）硅酸（二）硅酸(H2SiO3)干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶2021/8/9 星期一27 硅胶多孔，吸附水份能力硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。用作催化剂的载体。用途：用途：2021/8/9 星期一28 探究实验探究实验:向饱和向饱和Na2SiO3溶液中溶液中,滴滴入酚酞入酚酞,再滴入稀盐酸。再滴入稀盐酸。2021/8/9 星期一29现象现象结论结论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈红色，滴入滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有有白色胶状沉淀产生盐酸有有白色胶状沉淀产生 Na2SiO3呈碱性，呈碱性，硅酸难溶于水硅酸难溶于水.Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加热加热2021/8/9 星期一301、下列各组物质有关性质关系、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（的比较，正确的是（）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰）D.硬度：硬度：SiO2 CO2 C2021/8/9 星期一31 2、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来不能用玻璃瓶来盛装的是（盛装的是（）A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸钠溶液碳酸钠溶液 C2021/8/9 星期一323、要除去、要除去SiO2中的中的CaO杂质，杂质，最适宜的试剂是（最适宜的试剂是（）A.纯碱溶液纯碱溶液 B 盐酸盐酸 C 硫酸硫酸 D 苛性钠溶液苛性钠溶液B2021/8/9 星期一33三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐结构复杂的固态化合物，硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水，化学性质稳定。一般都不溶于水，化学性质稳定。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称合物的总称 2021/8/9 星期一34放入蒸馏水放入蒸馏水现现象象结结论论水份蒸发后水份蒸发后燃烧燃烧放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸发水份蒸发后不燃烧后不燃烧水份蒸发后，失水份蒸发后，失去防火作用去防火作用防火效果好用防火效果好用作防火剂作防火剂实验实验4-22021/8/9 星期一35最简单的硅酸盐是硅酸钠最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），），其水溶液俗称为水玻璃，其水溶液俗称为水玻璃，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂等可用作肥皂填料、木材防火剂等 。2021/8/9 星期一36 硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：化学式法：化学式法：氧化物法：氧化物法：硅酸钠硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙硅酸钙：CaSiO3硅酸钠硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙硅酸钙：CaO SiO22021/8/9 星期一37硅酸盐写成氧化物的原则硅酸盐写成氧化物的原则一般原则是：先写一系列金属氧化物，并一般原则是：先写一系列金属氧化物，并按金属活动性顺序排列，较活泼的金属氧按金属活动性顺序排列，较活泼的金属氧化物写在前面，再写化物写在前面，再写SiO2，含有氢元素的，含有氢元素的H2O最后写。最后写。氧化物之间加黑点隔开，各氧氧化物之间加黑点隔开，各氧化物的系数均为整数，并写在相应氧化物化物的系数均为整数，并写在相应氧化物前面。前面。写成氧化物后，原化学式中的各元写成氧化物后，原化学式中的各元素、原子的个数比应保持不变。素、原子的个数比应保持不变。2021/8/9 星期一38高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土：粘土：Al2O3 2SiO2 2H2O2021/8/9 星期一39无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐产产品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃2021/8/9 星期一40t t2021/8/9 星期一41 水泥是一种非常重要的建筑材料。水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。湘乡水泥厂2021/8/9 星期一42生产过程：生产过程：黏土和石灰石黏土和石灰石。两磨、一烧。两磨、一烧。研磨研磨煅烧煅烧再磨成细粉；再磨成细粉；硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2)混合物混合物铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl2O3)水泥的生产原料：水泥的生产原料：普通硅酸盐水泥的成分：普通硅酸盐水泥的成分：1 1、水泥、水泥 2021/8/9 星期一43水泥的性能：水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土：混凝土：水泥砂浆：水泥砂浆：2021/8/9 星期一442、玻璃：、玻璃：生产过程：生产过程：纯碱、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温玻璃的生产原料：玻璃的生产原料：2021/8/9 星期一45普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。在一定温度范围内软化。玻璃的性能：玻璃的性能：2021/8/9 星期一462021/8/9 星期一473 3、陶瓷：、陶瓷：陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。家用陶瓷江西宜兴，江西宜兴，有陶都之称。有陶都之称。2021/8/9 星期一48隋带烧制的三彩陶骆驼2021/8/9 星期一49瓷瓷器器是是中中华华文文明明的的象象征征。在在许许多多拉拉丁丁语语系系国国家家中中，“瓷瓷器器”和和“中中国国”都都以以“CHINA”用同一字母拼音表示。用同一字母拼音表示。江西景德镇。江西景德镇。江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。声如罄。”我国素有我国素有“瓷都瓷都”之称的地方之称的地方 2021/8/9 星期一50江西景德镇所烧制的瓷器2021/8/9 星期一512021/8/9 星期一52传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等2021/8/9 星期一53新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：1 1、新型无机非金属材料的特征：、新型无机非金属材料的特征：（1 1）耐高温、强度高；）耐高温、强度高；（2 2）具有电学性质；）具有电学性质；（3 3）具有光学性质；）具有光学性质；（4 4）具有生物功能；）具有生物功能；2021/8/9 星期一542 2、结构材料、结构材料高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷(人造刚玉人造刚玉)：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品2021/8/9 星期一55 高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯手民能够的10倍，是目前寿命最长的灯。2021/8/9 星期一56高压钠灯高压钠灯透明氧化铝陶瓷透明氧化铝陶瓷2021/8/9 星期一57注：钠蒸气放电发光问题早在注：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由于没有一年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（种能抵御高温钠蒸气（14001400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。2021/8/9 星期一58用高温结构陶瓷做的发动机叶片用高温结构陶瓷做的发动机叶片2021/8/9 星期一591.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是()A.Na2CO310H2O B.水泥水泥 C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.普通玻璃普通玻璃3.下列物质有固定熔点的是（）下列物质有固定熔点的是（）A.水泥水泥 B.玻璃玻璃C.Na2OSiO2 D.水玻璃水玻璃 2.下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A.酸均不能与酸性氧化物反应酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同ABDC课堂练习2021/8/9 星期一60