第四章第一节_无机非金属材料的主角——硅.ppt

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1、 第四章第四章 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 （第一、二课时）（第一、二课时）第一课时第一课时v（一）、硅元素在自然界中的存在和含量（一）、硅元素在自然界中的存在和含量v（二）、硅元素的位置与结构（二）、硅元素的位置与结构v一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸v1.二氧化硅的结构和性质二氧化硅的结构和性质v2.硅酸制取原理和性质和硅胶的用途硅酸制取原理和性质和硅胶的用途v3.探究硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实探究硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实学习目标：学习目标：硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝

2、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%通过下列图片你能总结归纳出硅元通过下列图片你能总结归纳出硅元素在自然界中的存在吗？素在自然界中的存在吗？1.自然界硅元素主要存在于:2.地壳中的含量:3.自然界硅存在的形态:(一一)硅元素在自然界中存在和含量硅元素在自然界中存在和含量岩石、沙子和土壤岩石、沙子和土壤排在第二位排在第二位,氧的后面氧的后面.硅无游离态单质状态硅无游离态单质状态只有化合态：常常有硅的氧化物和硅酸盐只有化合态：常常有硅的氧化物和硅酸盐 你能画出碳和硅原子结构示意图，并归你能画出碳和硅原子结构

3、示意图，并归纳出硅与碳的结构相同的地方吗？你能推测纳出硅与碳的结构相同的地方吗？你能推测它们有何性质？它们有何性质？(二二)硅的位置与结构硅的位置与结构 碳和硅最外层有四个电子，既不易失去电子，碳和硅最外层有四个电子，既不易失去电子，也不易得到电子。所以硅和碳的化学性质不活也不易得到电子。所以硅和碳的化学性质不活泼泼,主要形成四价化合物。主要形成四价化合物。碳和硅都是亲氧元素碳和硅都是亲氧元素但是硅的亲氧能力更强，因此碳和硅在自然界但是硅的亲氧能力更强，因此碳和硅在自然界中存在形式有所不同。中存在形式有所不同。CSi一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（、二氧化硅（SiO2）(一一)二氧化二氧化硅硅

4、存在形态存在形态 结晶形（石英晶体）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石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶。水晶水晶晶晶体体二二氧氧化化硅硅石英具有彩色环状或层状的称为玛瑙。玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙 每每1个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在四个顶角在四个顶角.同时每同时每1个个O原子周围结合原子周围结合2个个Si原子相结合。原子相结合。硅原子硅原子SiO2四面体四面体空间网状结构空间网状结构二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,用用SiO2来表示来表示二氧化硅的组成二氧化硅的

5、组成,表示表示O与与Si的原子个数比的原子个数比,不是分子式是化不是分子式是化学式学式（二）二氧化硅的结构（二）二氧化硅的结构 根据上述二氧化硅的结构及学过的二氧化碳的性根据上述二氧化硅的结构及学过的二氧化碳的性质你能否判断其有何物理和化学性质及用途呢？质你能否判断其有何物理和化学性质及用途呢？主要用作装饰、石英坩埚、光纤主要用作装饰、石英坩埚、光纤现代通信用光缆现代通信用光缆光光学学纤纤维维胃胃镜镜用用光光导导纤纤维维做做无无开开刀刀手手术术光导纤维手术头灯二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状态状态物理性质物理性质化化学学性性质质与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物

6、反应与酸反应与酸反应 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2OOSiOSiO2 2CaOCaO=CaSiO=CaSiO3 3固固 态态熔点低熔点低气气 态态熔点高、硬度大熔点高、硬度大 SiOSiO2 2 4HF4HF=SiF=SiF4 4 2H2H2 2OO 人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤装饰、石英坩埚、光纤（三）、二氧化硅的物理和化学性质和用途（三）、二氧化硅的物理和化学性质

7、和用途1、实验室盛装、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞用橡胶塞而不用玻璃塞？(提示：提示：SiO2是玻璃是玻璃成分之一成分之一)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，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O图图 4-6 实验室盛放实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶溶液的试剂瓶2、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？HF能腐蚀玻

8、璃，因此，盛装氢氟酸不能用能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。SiO2 4HF=SiF4 2H2O 此反应常用于雕刻玻璃此反应常用于雕刻玻璃想一想想一想：怎样设计实验制取：怎样设计实验制取H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？2、硅酸、硅酸 （H2SiO3）温馨提示：CO2H2OH2CO3，但是，但是SiO2不能与水直接不能与水直接化合成化合成H2SiO3。(1)性质:硅酸是一种硅酸是一种()固体，溶解度固体，溶解度()，而，而且是一种弱酸且是一种弱酸,酸性比酸性比H2CO3()。(2)制备:白色白色 很小很小还弱还弱制取原理：强酸制弱酸制取原理：

9、强酸制弱酸现象现象结论结论化学方化学方程式程式离子方离子方程式程式滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶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，同时有白色胶状沉淀产生液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性，b、可溶性硅酸、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，阅读课本阅读课本P65并并探究实验探究实验4-1Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3SiO32-+2H+=H2SiO3 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干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，称为燥

10、脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常常。常常用用做干燥剂。做干燥剂。（3）用途SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3用什么实验事实能够证明用什么实验事实能够证明硅酸的酸性比碳酸弱？硅酸的酸性比碳酸弱？向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现白色浑浊，即用白色浑浊，即用H2CO3可制得可制得H2SiO3，可证明，可证明H2SiO3 的酸性比的酸性比H2CO3弱。（强酸制弱酸）弱。（强酸制弱酸）知识重点总结知识重点总结:1.介绍了硅元素在自然界中的存在和含量。介绍了硅元素在自

11、然界中的存在和含量。2.二氧化硅的主要性质：二氧化硅的主要性质：SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=Na2SiONa2SiO3 3 H H2 2OO SiO SiO2 2CaOCaO=CaSiO=CaSiO3 3 SiO SiO2 2 4HF=SiF44HF=SiF4 2H2H2 2O O 3.硅酸制取原理硅酸制取原理:Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO34.硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实Na2SiO3 +H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3课堂练习课堂练习1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化

12、合物不具有的性质是（合物不具有的性质是（）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.要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的杂质，最适宜的试剂是（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3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（）A.HF溶液溶液 B.KOH溶液溶液 C.盐酸盐酸 D.水玻璃水玻璃BBC 4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B.

13、CO2通入可溶性硅酸盐中析出C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀5.能将Na2SiO3、CaCO3、SiO2三种白色粉末鉴别开来的试剂是（）A.NaOH溶液 B.水 C.氢氟酸 D.稀盐酸BDD6.下列物质中能跟SiO2发生反应的是()A 盐酸 B 硝酸 C 硫酸 D 烧碱溶液第二课时第二课时v二、硅酸盐二、硅酸盐v1.硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品v2.硅酸钠的性质和用途硅酸钠的性质和用途v3.硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑

14、浊的原因。的原因。v三、硅单质三、硅单质v硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途二、硅酸盐1、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、性质：硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO33、表示方法：（1）化学式法：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙：CaSiO3 CaOSiO2高岭石：Al2(Si2O5)

15、(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正长石：KAlSi3O8不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2（2）氧化物法：4、硅酸盐在自然界的转化、硅酸盐在自然界的转化 硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面巨大且一般带负电，能吸收NH4+，K等营养离子，从而具有保肥能力。硅酸盐是如何具有保肥能力的？硅酸盐是如何具有保肥能力的？5、硅酸钠（、硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强

16、，可以作黏胶剂和木材防火剂。阅读课本阅读课本P65并并探究实验探究实验4-2放入蒸馏水放入硅酸钠饱和溶液 现 象 结 论 水分蒸发后燃烧水分蒸发后燃烧 水分蒸干后不燃烧水分蒸干后不燃烧硅酸钠能防火硅酸钠能防火水不能防火水不能防火（1）、硅酸钠的物理性质硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：（2）、硅酸钠化学性质 硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3（3）、用途可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂与盐反应与酸反应Na2S

17、iO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗 5、硅酸盐工业产品、硅酸盐工业产品传统硅酸盐工业三大产品有：玻璃、陶瓷、水泥玻璃、陶瓷、水泥。练习1.下列说法正确的是（）A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应D.将石棉（CaMg3Si4O12）化学式改写成氧化物的形式：3(MgOCaO)4SiO2A新型陶瓷新型陶瓷人人造造关关节节高高压压钠钠灯灯w高温结构陶瓷高温结构陶瓷 1.氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷陶瓷

18、机械零件陶瓷机械零件三、硅单质三、硅单质（Si）2、物理性质：、物理性质：3、化学性质、化学性质有金属光泽的灰黑色固体，熔点有金属光泽的灰黑色固体，熔点 高，硬度大。高，硬度大。1、存在形式、存在形式晶体硅无定形硅你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质学性质在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和 NaOH溶液反应。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2SiO2 SiO2工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅SiO22CSi(粗)2CO

19、，又能跟氯气反应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：Si(粗)2Cl2SiCl4 ，SiCl42H2Si(纯)4HCl。根据以上反应回答下列问题：（1）反应中焦炭做（）A.还原剂 B.氧化剂 C.二者都不是（2）反应 属于（），反应 属于（）A.化合反应 B.分解反应 C.氧化还原反应 D.非氧化还原反应 E.置换反应4、硅的工业制备、硅的工业制备AAE5、用途：太阳能电池、用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新星探测器等动力设备新能源。能源。硅硅太太阳阳能能电电池池硅硅芯芯片片是是各各种种计计算算机机、微微电电子子产产品品的的核核心心v小结小结:v1.介绍了硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品介绍了硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品.v2.硅酸钠的性质和用途硅酸钠的性质和用途v3.硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途v4.硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊的原因。硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊的原因。v作业作业:v课本课本P69 3、4