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世界上的第一台计算机世界上的第一台计算机工工作作人人员员在在操操作作计计算算机机迷你平板电脑迷你平板电脑掌上电脑掌上电脑美国美国硅硅谷谷第一节第一节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料第四章第四章 材料家族中的元素材料家族中的元素山川山川沙子沙子土壤土壤水泥管水泥管水泥砖水泥砖雕花玻璃雕花玻璃实验仪器实验仪器主要存在形式主要存在形式主要化合价主要化合价原子结构示意图原子结构示意图 硅硅 碳碳氧化物氧化物 硅酸盐硅酸盐氧化物氧化物 碳酸盐碳酸盐+4+4+2 +4+2 +4+14+142 28 84 4+6+62 24 4碳元素和硅元素的比较碳元素和硅元素的比较一、硅单质一、硅单质良好的半导体材料良好的半导体材料1 1、物理性质：、物理性质：固体，灰黑色，有金属光泽、熔沸高。固体，灰黑色，有金属光泽、熔沸高。常温下，常温下，化学性质稳定，化学性质稳定，不与氧气、氯气、不与氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。硫酸、硝酸等反应。2 2、化学性质：、化学性质：加热时，加热时，碳能燃烧放热。碳能燃烧放热。硅也能在氧气中燃烧，放出大量热。硅也能在氧气中燃烧，放出大量热。（1）与碳的共性）与碳的共性Si+O2=SiO2加热加热 常温下，常温下，硅单质能硅单质能与强碱溶液、氟化氢、与强碱溶液、氟化氢、氟气等反应。氟气等反应。Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+4HF=SiF4 +2H2 Si+2F2=SiF42 2、化学性质：、化学性质：（2）硅单质的特性）硅单质的特性SiO2+2C=Si+2CO高温高温粗硅提纯：粗硅提纯：Si+2Cl2=SiCl4高温高温SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温3 3、工业制粗硅：、工业制粗硅：“从沙滩到用户从沙滩到用户”4 4、硅的用途、硅的用途 高纯度单质硅是信息产业的核心材料，没有硅就高纯度单质硅是信息产业的核心材料，没有硅就没有电脑。没有电脑。（1 1）SiOSiO2 2常温下为固体，工业上制取粗硅的化学方程常温下为固体，工业上制取粗硅的化学方程 式为：式为：SiOSiO2 2+2C=Si+2R+2C=Si+2R，R R的化学式为的化学式为 ，该化学反应的基本类型是该化学反应的基本类型是 。该反应中，氧化剂该反应中，氧化剂 ，还原剂是，还原剂是 。（2 2）硅能在）硅能在O O2 2中燃烧生成中燃烧生成SiOSiO2 2，放出大量的热，有科，放出大量的热，有科学家正研究将硅作为新能源。与化石能源相比，以学家正研究将硅作为新能源。与化石能源相比，以硅为燃料有助于解决的主要环境问题是硅为燃料有助于解决的主要环境问题是 。高温COCO置换反应置换反应SiOSiO2 2C C温室效应温室效应玛瑙玛瑙二、二氧化硅二、二氧化硅（SiOSiO2 2 ）、二氧化硅的存在、二氧化硅的存在水晶水晶10928SiO2、二氧化硅的结构、二氧化硅的结构坩埚坩埚石英研钵石英研钵3、二氧化硅的用途（熔点高、硬度大）、二氧化硅的用途（熔点高、硬度大）玛瑙手镯玛瑙手镯水晶项链水晶项链3、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途光导纤维光导纤维3、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途化学性质化学性质CO2SiO2SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OCOCO2 2+CaO=CaCO+CaO=CaCO3 3SiOSiO2 2+CaO+CaO 高温高温CaSiOCaSiO3 3与与NaOHNaOH反应反应与与CaOCaO反应反应与与CaOCaO反应反应COCO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O与与NaOHNaOH反应反应COCO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3与与H H2 2O O反应反应与与H H2 2O O反应反应不反应不反应4、SiOSiO2 2的化学性质的化学性质实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶为溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？什么用橡胶塞而不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有（提示：玻璃中含有SiOSiO2 2）SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O二氧化硅的特性二氧化硅的特性SiO2 4HF=SiF4 2H2O （此反应常用于刻蚀玻璃）（此反应常用于刻蚀玻璃）实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？腐蚀试管刻蚀玻璃1制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是()A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠2下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应BC三、硅酸（三、硅酸（H H2 2SiOSiO3 3）向试管中加入向试管中加入3-5mlNa3-5mlNa2 2SiOSiO3 3溶液，滴入溶液，滴入1-21-2滴酚滴酚酞，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振酞，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，溶液红色逐渐变浅直至消失。滴入盐酸后荡，溶液红色逐渐变浅直至消失。滴入盐酸后便有透明的硅酸凝胶产生。便有透明的硅酸凝胶产生。思考：思考：将将COCO2 2通入到水中就制成了通入到水中就制成了H H2 2COCO3 3，那么如何制取，那么如何制取 H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？应用的原理：较强酸制较弱酸应用的原理：较强酸制较弱酸趣味实验：如何验证鸡蛋壳的主要成分是碳酸盐？趣味实验：如何验证鸡蛋壳的主要成分是碳酸盐？Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3思考思考:分析以上制取原理，若将分析以上制取原理，若将COCO2 2通入通入 NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中有溶液中有何现象何现象?(?(温馨提示温馨提示:碳酸的酸性强于硅酸的酸性碳酸的酸性强于硅酸的酸性)Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常常用做干燥剂。也。常常用做干燥剂。也可用做催化剂的载体。可用做催化剂的载体。（2 2）硅胶的用途）硅胶的用途1 1、最简单的硅酸盐：硅酸钠（、最简单的硅酸盐：硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3)其水溶液俗称其水溶液俗称水玻璃水玻璃，是制备硅胶和木材防，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。火剂等的原料。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。物的总称。结构复杂，一般不溶于水，化学性结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。质很稳定。四、硅酸盐四、硅酸盐（1 1）玻璃：）玻璃：普通玻璃普通玻璃:以纯碱以纯碱 、石灰石和石英、石灰石和石英 为原为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。(Na2CO3)（SiO2）Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO22 2、硅酸盐工业、硅酸盐工业有关反应化学方程式：有关反应化学方程式：高温高温高温高温钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃防弹玻璃防弹玻璃由玻璃和优质工程塑料经特殊加工得到的一种复合型透明材料，通常包括聚碳酸酯纤维层夹在普通玻璃层之中。（2 2）水泥）水泥以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料 经研磨、混合后在水经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉就得适量石膏，研成细粉就得到水泥。到水泥。石膏的作用是调节水石膏的作用是调节水泥硬化速度。泥硬化速度。（3 3）传统硅酸盐陶瓷传统硅酸盐陶瓷：传统硅酸盐陶瓷是以传统硅酸盐陶瓷是以粘土为原料，经高温烧结而成。粘土为原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。等。制作陶瓷的工艺流程 格林太太是一位漂亮、乐观的妇女，当她开格林太太是一位漂亮、乐观的妇女，当她开怀大笑的时候，人们发现她一口整齐洁白的牙齿怀大笑的时候，人们发现她一口整齐洁白的牙齿中有几颗假牙，其中一颗是金黄色的中有几颗假牙，其中一颗是金黄色的这是她这是她富有的标志，另一颗是不锈钢的，这是一次车祸富有的标志，另一颗是不锈钢的，这是一次车祸留下的痕迹。令人百思不得其解的是，自从车祸留下的痕迹。令人百思不得其解的是，自从车祸后，格林太太经常头痛，夜间失眠，精神烦躁后，格林太太经常头痛，夜间失眠，精神烦躁医生绞尽脑汁，可她的病情仍未好转。一位医生绞尽脑汁，可她的病情仍未好转。一位年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因。化学家发现了什么？你能为格林太太开了病因。化学家发现了什么？你能为格林太太开一个药方吗？开一个药方吗？（4 4）具有特殊功能的含硅物质：）具有特殊功能的含硅物质：、碳化硅、碳化硅（SiCSiC俗称金刚砂），具有俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。用作砂纸、砂轮的磨料。、硅、硅 钢钢（铁合金）导磁性良好，（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯。用作变压器铁芯。硅橡胶硅橡胶 （具有均匀微孔结构（具有均匀微孔结构 的铝硅酸盐。）的铝硅酸盐。）分子筛分子筛(最好的既耐高温又耐最好的既耐高温又耐 低温的橡胶低温的橡胶)例如：例如：Na2SiO3:Al2(Si2O5)(OH)4：Ca(Al2Si3O10)3H2O：3 3、硅酸盐组成的表示：、硅酸盐组成的表示：硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。氧化硅和金属氧化物的组合形式表示。CaOAl2O33SiO23H2O（活泼金属氧化物（活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水）水）Na2OSiO2Al2O32SiO22H2OSiF4SiO2Na2SiO3H2SiO3CaSiO3Si1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质（有的性质（）A.熔点很高熔点很高 B.与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸C.可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 D.坚硬坚硬2.赏心悦目的花瓶图案是用下列物质的一种对玻璃进行刻赏心悦目的花瓶图案是用下列物质的一种对玻璃进行刻蚀而形成的蚀而形成的,这种物质是（这种物质是（）A.盐酸盐酸 B.氢氟酸氢氟酸 C.烧碱烧碱 D.纯碱纯碱 BB3、下列、下列试剂试剂不能不能贮贮存在磨砂玻璃塞的存在磨砂玻璃塞的试剂试剂瓶里的瓶里的是（是（）A.HNO3溶液溶液 B.KOH溶液溶液 C.盐盐酸酸 D.NaCl溶液溶液4.下列物下列物质质的的变变化，不能通化，不能通过过一步化学反一步化学反应应完成的完成的是（是（）A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2ONa2CO3 D.SiO2H2SiO3D B6要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂杂质，最适宜的试剂是是()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B5.将过量的将过量的CO2分别通入：分别通入：CaCl2溶液；溶液；Na2SiO3溶液；溶液；Ca(OH)2溶液；溶液；饱和饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是是()A B C DB7 7下列反下列反应应能能说说明二氧化硅是酸性氧化物的是明二氧化硅是酸性氧化物的是()ASiO2+2C=Si+2COBSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2+4HF=SiF4+2H2ODSiO2+CaCO3=CaSiO3+CO28 8下列物下列物质质中，不能用玻璃瓶来盛装的是中，不能用玻璃瓶来盛装的是()A.烧烧碱溶液碱溶液 B.浓浓硫酸硫酸 C.氢氢氟酸氟酸 D.碳酸碳酸钠钠溶液溶液BC9制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是()A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠10下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应的化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应BC11.硅酸的工硅酸的工业业制法是制法是:将稀将稀释释好的硅酸好的硅酸钠钠和硫酸反和硫酸反应应生成水凝胶生成水凝胶,经经水洗干燥得成品。有关的化学方程式是水洗干燥得成品。有关的化学方程式是 。Na2SiO+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3