(精品)1、硅无机非金属材 (4).ppt

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1、 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 -硅和二氧化硅硅和二氧化硅学习重点学习重点 掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，以及硅与二氧化硅等相关反应方程式以及硅与二氧化硅等相关反应方程式学习难点学习难点 碳与硅化学性质的联系和区别以及硅碳与硅化学性质的联系和区别以及硅酸的制备酸的制备。美国美国“硅谷硅谷”简介简介 硅谷硅谷位于旧金山东南的圣克拉拉位于旧金山东南的圣克拉拉谷地，是一个由十几所大学和几千家高技谷地，是一个由十几所大学和几千家高技术公司组成的新兴工业区。这里是激光技术公司组成的新兴工业区。这里是激光技术、微处理机、影像游艺机、家用计算机、术、微处理机

2、、影像游艺机、家用计算机、无线电话、袖珍计算机等新技术和高科技无线电话、袖珍计算机等新技术和高科技产品的诞生地。是世界上最大的计算机和产品的诞生地。是世界上最大的计算机和电脑软件产地。电脑软件产地。因为制造电子元件的主要因为制造电子元件的主要材料是半导体硅，材料是半导体硅，所以人们称这个工业区所以人们称这个工业区为为“硅谷硅谷”。返回玛瑙玛瑙计算机芯片光缆1、你知道硅元素在地壳中排名第几吗？在自然、你知道硅元素在地壳中排名第几吗？在自然界中硅主要以什么形态存在？界中硅主要以什么形态存在？以化合态的形式存在，以化合态的形式存在，硅的氧化物硅的氧化物及其及其硅酸盐硅酸盐构成了地构成了地壳的绝大部分

3、（如岩石、沙子和土壤），壳的绝大部分（如岩石、沙子和土壤），占地壳质量的占地壳质量的90%以上，以上，“统治了地壳统治了地壳”（1）硅的原子结构）硅的原子结构硅和碳一样硅和碳一样,其原子既不其原子既不易失去又不易得到电子易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物主要形成四价的化合物.2、请同学们比较硅和碳的核外电子排布？+142 8 4Si2 4+6C2、碳是构成有机物的主要元素、碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石和许硅是构成岩石和许多矿物的基本元素多矿物的基本元素3、请同学们找出硅在元素周期表的位置？、请同学们找出硅在元素周期表的位置？硅位于金属与非金属的过渡位置。硅位于金属与非金属的过渡

4、位置。晶体硅的导电性介晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料网状结构，呈正四面体网状结构，呈正四面体 结构决定性质结构决定性质金刚石金刚石硅晶体硅晶体硅的晶体结构硅单质硅单质单质硅单质硅晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅物理性质物理性质 晶体硅灰黑色、有金属光泽，晶体硅灰黑色、有金属光泽，结构类似于金刚石；熔点、沸结构类似于金刚石；熔点、沸点都很高，硬度大点都很高，硬度大 导电性介于导体和绝缘体之间导电性介于导体和绝缘体之间(半导体）半导体）常温下硅单质的化学性质不活泼常温下硅单质的化学性质不活泼硅的化学性质硅的化学性质常温下，常温下，硅的化学性

5、质不活泼硅的化学性质不活泼，除与，除与氟气氟气、氢氟氢氟酸和强碱酸和强碱外，硅不跟其他物质起反应（如氧气、外，硅不跟其他物质起反应（如氧气、氯气、硫酸、硝酸等）。在加热条件下能与一些氯气、硫酸、硝酸等）。在加热条件下能与一些非金属反应非金属反应1、与非金属单质反应、与非金属单质反应高温硅与氧气反应：硅与氧气反应：Si+O2=SiO2硅与氟气反应：硅与氟气反应：Si+2F2=SiF4 硅与氯气反应：硅与氯气反应：Si+2Cl2=SiCl4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H22、与氢氧化钠溶液反应、与氢氧化钠溶液反应3、与氢氟酸反应、与氢氟酸反应+10

6、氧化剂氧化剂刻蚀玻璃刻蚀玻璃硅单质的制备硅单质的制备 硅单质的制备主要原材料硅单质的制备主要原材料 二氧化硅二氧化硅（水晶、（水晶、石英以及沙石的主要成分）。石英以及沙石的主要成分）。硅的工业制法硅的工业制法 1、在工业上，用碳在高温下在工业上，用碳在高温下还原还原二氧化硅的二氧化硅的方法制得方法制得粗硅粗硅。SiO2 2C=Si（粗硅）（粗硅）2CO 与氯气反应：与氯气反应：Si+2Cl2=SiCl4(温度为温度为 400500)高温高温2、粗硅制纯硅：粗硅制纯硅：生成的生成的SiCl4液体通过蒸馏，除去其中的杂质。然液体通过蒸馏，除去其中的杂质。然后用氢气还原后用氢气还原 SiCl4+2H

7、2=Si(纯纯)+4HCl高温高温高温高温 制造制造集成电路集成电路、晶体管晶体管、硅整流器硅整流器等半导体等半导体器件，还可以制成器件，还可以制成太阳能电池太阳能电池，可制成有良好导，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。磁性、耐酸性的合金。半导体晶体管及芯片的半导体晶体管及芯片的出现出现,促进了信息技术革命促进了信息技术革命.（4）硅的用途）硅的用途计算机芯片计算机芯片 硅的用途硅的用途信息技术材料信息技术材料硅太阳能电池单晶硅电池组硅的用途硅的用途新型能源新型能源太太阳阳能能汽汽车车天然天然SiO2结晶形结晶形无定形无定形硅藻土硅藻土石英石英水晶水晶玛瑙玛瑙二、二氧化硅二、二氧化硅（1）Si

8、O2存在存在 二氧化硅晶体由硅原子和氧原子构成二氧化硅晶体由硅原子和氧原子构成正四面体正四面体（2）晶体结构）晶体结构 SiO2四面体立体网状结构的晶体四面体立体网状结构的晶体物理性质：物理性质：化学性质：化学性质：猜测性质猜测性质 硬度大，熔点高的固体硬度大，熔点高的固体不溶于水，纯净的不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明晶体无色透明稳定性好，不活泼稳定性好，不活泼SiO2主要主要用途用途色态色态熔点熔点沸点沸点硬度硬度用途、物理性质比较用途、物理性质比较无色透明晶体或白色粉末无色透明晶体或白色粉末 高高（17231723）高高（22302230）大大 制备光纤、石英钟表、光学制备光纤、石英

9、钟表、光学仪器、普通玻璃、装饰品等仪器、普通玻璃、装饰品等比较项目比较项目二氧化碳二氧化碳CO2二氧化硅二氧化硅SiO2物质分类物质分类与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应与酸反应与酸反应高温高温SiO2+CaO=CaSiO3CO2+CaO=CaCO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+H2O=H2CO3不反应不反应只与只与HF反应反应(特性特性)SiO2+4HF=SiF4+2H2O酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物（3）化学性质比较）化学性质比较不反应不反应 (1)装装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞不能用

10、溶液的试剂瓶用橡皮塞不能用磨砂玻璃塞。为什么磨砂玻璃塞。为什么?SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O想一想想一想想一想想一想 因为因为NaOH溶液会跟磨砂玻璃塞中的溶液会跟磨砂玻璃塞中的SiO2反应生成硅酸钠反应生成硅酸钠(Na2SiO3)，Na2SiO3具有黏合具有黏合性，会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。性，会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。(2)氢氟酸为什么不能用玻璃瓶盛放？氢氟酸为什么不能用玻璃瓶盛放？玻璃的成分中含有玻璃的成分中含有SiO2，SiO2与氢氟酸反与氢氟酸反应，氢氟酸常被用来刻蚀玻璃，因而氢氟酸不应，氢氟酸常被用来刻蚀玻璃，因而氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，可以放在

11、塑料瓶或铅制器皿能用玻璃瓶盛放，可以放在塑料瓶或铅制器皿中。中。SiO2+4HF=SiF4+2H2O二氧化硅化学性质1、化学稳定性：稳定性好，除氢氟酸、化学稳定性：稳定性好，除氢氟酸外一般不与其它酸反应。外一般不与其它酸反应。2、属酸性氧化物，可与强碱反应、属酸性氧化物，可与强碱反应、碱性氧化物反应。碱性氧化物反应。SiO2是光导纤维的主要成分是光导纤维的主要成分光光学学纤纤维维胃胃镜镜（4）二氧化硅的用途）二氧化硅的用途硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐与无机非金属材料一、硅酸一、硅酸(H2SiO3)思考：二氧化硅难溶于水，那思考：二氧化硅难溶于水，那么

12、，么，如何如何制得硅酸呢？制得硅酸呢？H2SiO3是是SiO2的对应水化物，是一种的对应水化物，是一种难溶于水的白色胶状物难溶于水的白色胶状物(SiO2是是H2SiO3的酸酐的酸酐)1、H2SiO3的制法的制法实验探究：向饱和实验探究：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸现象：滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀现象：滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶白色胶状沉淀状沉淀产生产生结论：结论：a、Na2SiO3溶液呈碱性；溶液呈碱性；b、可溶性可溶性硅酸盐与盐酸硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸

13、反应生成不溶于水的硅酸Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl2、H2SiO3的性质的性质不溶于水，不稳定，弱酸不溶于水，不稳定，弱酸(1)硅酸是一种弱酸，酸性比硅酸是一种弱酸，酸性比H2CO3弱，不能弱，不能使指示剂变色。使指示剂变色。(2)酸性太弱，只能与强碱发生中和反应酸性太弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O(3)不稳定不稳定(比比H2CO3稳定稳定)，受热易分解，受热易分解 H2SiO3 =H2O+SiO2二、硅酸盐二、硅酸盐 1.硅酸盐硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐

14、是一类结构复杂的物质。的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质。硅酸盐制品硅酸盐制品性质稳定性质稳定、熔点较高熔点较高，大都，大都难难溶于水溶于水。硅酸盐的组成比较复杂，常用氧。硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。表示方法：化物的形式表示。表示方法：a.表示顺序为：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；b.氧化物之间用“”隔开；c.氧化物的系数若出现分数时应化为整数。硅酸钙硅酸钙(CaSiO3):钾云母钾云母(K2Al6Si6H4O24)：CaOSiO2K2O3Al2O36SiO22H2O钠长石钠长石(NaAlSi3O3)：Na2OAl2O36SiO22.硅酸钠硅酸钠(Na2SiO3)物

15、理性质：白色固体，能溶于水，水溶液呈物理性质：白色固体，能溶于水，水溶液呈碱性，是少数可溶性硅酸盐之一碱性，是少数可溶性硅酸盐之一,它的水溶它的水溶液俗称液俗称水玻璃、泡花碱。水玻璃、泡花碱。Na2SiO3有何有何化学特性？化学特性？(1)探究一探究一 取两个小木条(或滤纸)，分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液浸泡，取出稍沥干后，同时分别放置在酒精灯外焰处，观察现象。步骤步骤放入蒸馏水放入蒸馏水 放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液现象现象结论结论木条燃烧木条燃烧木条不燃烧木条不燃烧硅酸钠耐高温，硅酸钠耐高温，不能燃烧不能燃烧可用作防火剂的原料可用作防火剂的原料(2)探究二探究二将将少量少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是观察到的现象是有白色胶状沉淀生成有白色胶状沉淀生成。CO2(少量少量)+Na2SiO3 +H2O=H2SiO3+Na2CO3（硅酸钠溶液露置在空气中变质的原因）硅酸钠溶液露置在空气中变质的原因）CO2(过量过量)+Na2SiO3+H2O=H2SiO3+NaHCO33.硅酸钠的用途硅酸钠的用途(1)用于制备硅胶用于制备硅胶(2)建筑工业上可用作粘合剂建筑工业上可用作粘合剂(3)用作耐火材料用作耐火材料