人教版高中化学 《 无机非金属材料的主角—硅》课件 鲁科必修1.ppt

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1、第四章 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 星期一1硅元素硅元素硅元素硅元素(silicon)(silicon)(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量在地壳中的含量在地壳中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅硅26.3%2021/8/9 星期一2 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的壳总量的90%90%

2、以上。以上。2021/8/9 星期一3硅的分布与存在硅的分布与存在存在：没有游离态，只有化合态存在：没有游离态，只有化合态分布：自然界中分布广泛，在地壳中分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。岩石的基本元素。2021/8/9 星期一4SiSi最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？：碳、硅原子主要显几价？正四价（正四价（+4+4价）价）思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？哪种元素最外

3、层电子数与它相同？+142 8 42021/8/9 星期一52021/8/9 星期一61 1、硅的工业制法、硅的工业制法 ：粗硅：粗硅：纯硅：纯硅：2C+SiO2=Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温一、硅单质一、硅单质2021/8/9 星期一72.2.物理性质物理性质结构类似金刚石，为硬而脆结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体的灰黑色固体,熔点高熔点高,硬硬度大。度大。2021/8/9 星期一83.3.化学性质化学性质在常温下化学性质不活泼在常温下化学性质不活泼Si +O2 =SiO2Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2

4、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl42021/8/9 星期一94.4.用途用途 晶体硅的导电性介于导体和半晶体硅的导电性介于导体和半导体之间导体之间,是良好的是良好的半导体材料半导体材料,硅是信息硅是信息技术的关键材料技术的关键材料硅太阳能电池硅太阳能电池利用硅的半导体性能，利用硅的半导体性能，制成光电池制成光电池 ，将光能，将光能转化为电能。转化为电能。2021/8/9 星期一10太阳能电池2021/8/9 星期一11电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。记

5、本一样大小了。2021/8/9 星期一12大规模集成电路2021/8/9 星期一132021/8/9 星期一14硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片2021/8/9 星期一15 在在美美国国旧旧金金山山，有有个个最最大大的的高高科科技技工工业业园园区区，称称之之为为“硅硅谷谷”，它它是是现现代代电电子子工工业业和和计计算算机机发发展展的的基基地地。这这说说明明硅硅在在电电子子工工业业革革命

6、命中中起起着着非非常常重重要要作作用用。以以硅硅为为基基础础而而制成的晶体管是计算机的心脏。制成的晶体管是计算机的心脏。硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用2021/8/9 星期一16二氧化硅二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在于二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。硬难熔的固体。硅石硅矿山二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸2021/8/9 星期一171.二氧化硅的存在二氧化硅的存在硅石硅石(天然天然)结晶形结晶形无定形无定形二、二氧化硅二、二氧化硅2021/8/9 星期一18水晶水晶晶晶体体二二氧氧化

7、化硅硅2021/8/9 星期一19无无定定形形二二氧氧化化硅硅2021/8/9 星期一20 硅藻土硅藻土 中国硅藻土资源丰富。全国中国硅藻土资源丰富。全国10 10个省个省(区区)有硅藻有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有土矿产出。探明储量的矿区有354354处，总保有储处，总保有储量矿石量矿石3.853.85亿吨。亿吨。仅次于美国，居世界第仅次于美国，居世界第2 2位。在地区分布上，以位。在地区分布上，以吉林最多，占全国储量的吉林最多，占全国储量的54.8%54.8%，云南、福建、，云南、福建、河北等地次之。矿床类型河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白

8、、吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和和陆源沉积型陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻云南寻甸、四川米易硅藻土矿等土矿等)矿床。矿床。2021/8/9 星期一21SiO二氧化硅的晶体二氧化硅的晶体结构示意构示意图2.二氧化硅的结构二氧化硅的结构.SiO2原子晶体原子晶体2021/8/9 星期一22SiO二氧化硅的晶体二氧化硅的晶体结构示意构示意图SiO2是正四面体的空间网状结构，是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 2021/8/9 星期一23坚硬难熔的固体，坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，熔沸点比较高，不溶于水，不溶于水，硬度比较大。硬度比

9、较大。3.二氧化硅二氧化硅物理性质物理性质2021/8/9 星期一24实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？么吗？防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2与与NaOH溶液反应生成溶液反应生成粘稠的粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。2021/8/9 星期一254.二氧化硅二氧化硅化学性质化学性质不能与水反应不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2+2OH=SiO3 2-+H2O2021/8/9 星

10、期一26 不与酸反应（除氢氟酸以外）不与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF=SiF4 +2H2O在高温下与碳酸盐的反应在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系？的合作关系？2021/8/9 星期一27弱的氧化性弱的氧化性SiO2+2C=Si+2CO高温高温2021/8/9 星期一28实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶,细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细

11、口塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品?依据是什么依据是什么?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d._ d.氢氟酸氢氟酸_ _e.e.浓硫酸浓硫酸_2021/8/9 星期一29二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性质熔沸点高、硬度大熔沸点低硬度小与水反应 不反应CO2+H2O=H2CO3与碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O与碱性氧化物反应SiO2+CaO=Ca SiO3CO2+Na2O=Na2CO3与酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反应与碳反应SiO2

12、+2C=Si+2COCO2+C=2CO高温高温高温高温高温高温2021/8/9 星期一305 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途由由于于SiO2具具有有优优良良的的物物理理化化学学性性能能加加上上SiO2在在自自然然界界的的广广泛泛存存在在，因因此此从从古古到到今今都都被被人人类广泛地应用。类广泛地应用。2021/8/9 星期一31光光学学纤纤维维胃胃镜镜2021/8/9 星期一32 石石 英英 制制 品品2021/8/9 星期一33水晶水晶2021/8/9 星期一34石英、玛瑙石英、玛瑙2021/8/9 星期一35二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传

13、导光信号的玻璃丝。光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。2021/8/9 星期一36硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为为“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。三三、硅酸硅酸(H2SiO3)干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶2021/8/9 星期一37（1）硅酸的制备

14、硅酸的制备Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（2）硅酸的性质硅酸的性质 不稳定性不稳定性 弱酸性弱酸性 H2SiO3+2NaOH=2 H2O+Na2SiO3H2SiO3=H2O+SiO2加热加热Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO32021/8/9 星期一38（3）硅胶硅胶(SiO2）制备制备：H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶“硅胶硅胶”用途：用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。2

15、021/8/9 星期一391、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 星期一40 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 星期一413、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

16、 苛性钠溶液苛性钠溶液B2021/8/9 星期一42四、硅酸盐四、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。一般都不溶于水。1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称组成的化合物的总称 2021/8/9 星期一43 2.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 星期一44高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4

17、SiO2 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 星期一45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 。3.3.硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）20

18、21/8/9 星期一46关于硅酸盐说明：关于硅酸盐说明：1.1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称称泡花碱泡花碱；它的水溶液俗称；它的水溶液俗称水玻璃水玻璃，是一，是一种粘合剂；种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：硅酸和二氧化硅的制备：水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞要用橡胶塞 较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl+Na2HCl+Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O=HO=H4 4SiO

19、SiO4 4+2NaCl+2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常温分解受热分解2021/8/9 星期一47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四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业2021/8/9 星期一48t t2021/8/9 星期一49 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，万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。穿针引线是水泥。2021/8/9 星期一50生产过程：黏土和石灰石两磨、一烧。研磨煅烧再磨成细粉；硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)混合物铝酸

20、三钙(3CaOAl2O3)水泥的生产原料：普通硅酸盐水泥的成分：1、水泥 2021/8/9 星期一51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、沙子和水的混合水泥、沙子和水的混合物物建筑黏合剂。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 星期一522、玻璃：生产过程：纯碱、石灰石和石英。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：2021/8/9 星期一53普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成

21、的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃的性能：2021/8/9 星期一542021/8/9 星期一553、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。家用陶瓷江苏宜兴，有陶都之称。2021/8/9 星期一56隋带烧制的三彩陶骆驼2021/8/9 星期一57瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德镇。江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。”我国素有“瓷都”之称的地方 2021/8/9 星期一58江西景

22、德镇所烧制的瓷器2021/8/9 星期一592021/8/9 星期一60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 星期一61新型无机非金属材料：1、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高；（2）具有电学性质；（3）具有光学性质；（4）具有生物功能；2021/8/9 星期一622 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

23、铝陶瓷制品2021/8/9 星期一63 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，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。2021/8/9 星期一64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 星期一65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

24、才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。2021/8/9 星期一661.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 星期一67