【化学】41无机非金属材料的主角——硅课件(人教版必修1)1.ppt
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1、u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%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%硅硅26.3%u硅的分布与存在硅的分布与存在 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子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、约占地壳总量的和土壤、约占地壳总量的90%以上。以上。硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的,因在自然界中它总是与氧相互化合的,因此硅此硅都以化合态都以化合态存在于自然界,主要以氧化物及硅酸盐的存在于自然界,主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。形式存在
2、。第第AA族的二兄弟碳和硅族的二兄弟碳和硅豪门二杰豪门二杰碳碳元素元素硅硅元素元素形成了无数种构成人类和其它形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物,地球生物等的有机物,“统治统治了有机界了有机界”。煤、石油等有机化产品和材料煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石是现代化的基石构成了地壳大部分岩石、沙子构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤,和土壤,“统治了地壳统治了地壳”硅是构成岩石与许多矿物的基硅是构成岩石与许多矿物的基本元素本元素,“统治无机矿物界统治无机矿物界”硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异水泥等使人类生活日新月异1、存在形式、存在形式晶体硅无
3、定形硅硅有晶体硅和无定形硅两种。硅有晶体硅和无定形硅两种。一一、硅单质硅单质2、物理性质:、物理性质:晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅的结构类似于金刚石,熔点体。晶体硅的结构类似于金刚石,熔点(1410)和沸点都很高,硬度大。和沸点都很高,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。思考思考1 1:硅原子最外层电子数是多少?: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我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同?它相同?u硅的原子结构硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有硅原子和碳原子的最外电子层均有
4、4个电个电子,其原子既不易失去也不易得到电子,子,其原子既不易失去也不易得到电子,主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。Si+148 42+642C在高温条件下,单质硅能与在高温条件下,单质硅能与O2和和Cl2等非金属等非金属单质反应。单质反应。常温下化学性质不活泼,只能跟常温下化学性质不活泼,只能跟F2、HF和和 NaOH溶液反应。溶液反应。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2SiO2 SiO23、硅单质的化学性质硅单质的化学性质Si+2Cl2 =SiCl4工工业业上,用上,用焦炭焦炭在高温下在高温下还还原原石英砂石英砂可可制得粗硅制得
5、粗硅,粗粗硅跟硅跟氯氯气反气反应应经经提提纯纯得到得到 SiCl4后再用后再用氢气还原制得氢气还原制得纯硅:纯硅:4、硅的工业制备、硅的工业制备硅硅单单质质SiO22CSi(粗粗)2CO 高温高温SiCl42H2Si(纯纯)4HCl 高温高温Si(粗粗)2Cl2SiCl4 (1)反应)反应中焦炭做(中焦炭做()A.还原剂还原剂 B.氧化剂氧化剂 C.二者都不是二者都不是(2)反应)反应 属于(属于(),反应),反应 属于(属于()A.化合反应化合反应 B.分解反应分解反应 C.氧化还原反应氧化还原反应 D.非氧化还原反应非氧化还原反应 E.置换反应置换反应AACCESiO22CSi(粗粗)2C
6、O Si(粗粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯纯)4HCl 根据以下反应回答下列问题:根据以下反应回答下列问题:5、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、信息技术等材料材料、信息技术等材料和人造卫星、登月车、和人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备火星探测器等动力设备新能源。新能源。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硅硅单单质质 硅是一种亲氧元素,在自然界它硅是一种亲氧元素,在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上,硅主要以熔点很高
7、的包围的地球上,硅主要以熔点很高的氧化物氧化物及及硅酸盐硅酸盐的形式存在。的形式存在。二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸 SiO2是硅的重要化合物。地球上是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量存在的天然二氧化硅约占地壳质量的的12,其存在形态有,其存在形态有结晶形结晶形和和无无定形定形两大类,通称硅石。两大类,通称硅石。(一)、二氧化硅(一)、二氧化硅1、存在、存在硅石(硅石(12%)结晶形结晶形(石英晶体)(石英晶体)无定形无定形硅藻土硅藻土 SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的天然二氧化硅约占地壳质量的12,其存,
8、其存在形态有在形态有结晶形结晶形和和无定形无定形两大类,通称硅两大类,通称硅石。石。水晶水晶玛瑙玛瑙石英石英水晶晶体二氧化硅晶体二氧化硅紫水晶紫水晶蔷薇石英蔷薇石英茶晶茶晶黄水晶黄水晶晶体二氧化硅晶体二氧化硅玛瑙玛瑙晶体二氧化硅晶体二氧化硅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1010个省个省(区区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354354处,总处,总保有储量矿石保有储量矿石3.853.85亿吨。仅次于美国,居世界第亿吨。仅次于美国,居世界第2 2位。在地区分位。在地区分 布上,以吉林最多,布上,以吉林最多,占全国储量的占全国储量的54
9、.8%54.8%,云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿,云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型和陆源沉积型(云南寻甸、四川米易云南寻甸、四川米易硅藻土矿等硅藻土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪,以第三纪为主。矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪,以第三纪为主。无无定定形形二二氧氧化化硅硅二氧化硅的用途二氧化硅的用途二氧化硅的用途二氧化硅的用途二氧化硅的用途二氧化硅的用途光导纤维光导纤维二氧化硅的用途二氧化硅的用途危害:危害:在隧道开凿,石英粉加工等工作
10、在隧道开凿,石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘,人环境下易形成含有二氧化硅的粉尘,人长期吸入含有二氧化硅的粉尘,就会患长期吸入含有二氧化硅的粉尘,就会患硅肺病(旧称矽肺)。硅肺病(旧称矽肺)。物理性质物理性质:_化学稳定性化学稳定性:_通常条件下,很稳定通常条件下,很稳定硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水思考为什么二氧化硅和二氧化碳物为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这理性质有这么么大的差别?大的差别?是结构上的不同是结构上的不同SiOSiOSiO2 2是是由由SiSi和和O O按按1 1:2 2的比例组成的的比例组成的立体空间网状结构,立体空间网状结构,没有没有Si
11、OSiO2 2 分子存在,只存在硅氧原子。分子存在,只存在硅氧原子。因此性质很稳定因此性质很稳定 CDE下列说法错误的是(下列说法错误的是()A.SiO2 是二氧化硅的化学式是二氧化硅的化学式 B.SiO2 晶体是由晶体是由Si和和O按按1:2的比例所的比例所 组成的立体网状结构的晶体组成的立体网状结构的晶体 C.SiO4 四面体只存在于二氧化硅晶体中四面体只存在于二氧化硅晶体中D.沙子里含无定形二氧化硅沙子里含无定形二氧化硅 E.石英就是水晶石英就是水晶 F.SiO2 从古到今被人类广泛地应用着,从古到今被人类广泛地应用着,是因为是因为SiO2 的立体网状结构和它在自的立体网状结构和它在自
12、然界的广泛存在然界的广泛存在化学性质很不活泼,氢氟酸(化学性质很不活泼,氢氟酸(HFHF)是唯一是唯一可以与之反应的酸。可以与之反应的酸。SiO2+4HF=SiF4+2H2O化学性质化学性质:实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸?注意:玻璃中含有注意:玻璃中含有SiOSiO2 2,所以可以用,所以可以用HFHF来刻蚀玻璃。来刻蚀玻璃。(1 1)特性:)特性:2 2.酸性氧化物酸性氧化物 化学性质化学性质:因为玻璃中含有因为玻璃中含有因为玻璃中含有因为玻璃中含有SiOSiO2 2,会与会与会与会与NaOHNaOH反应生成硅反应生成硅反应生成硅反应生成硅酸钠,使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。酸钠,使瓶塞与
13、瓶口粘在一起而打不开。酸钠,使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。酸钠,使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞?与碱性氧化物反与碱性氧化物反应应生成盐生成盐生成盐生成盐SiOSiO2 2 CaOCaO =CaSiOCaSiO3 3 高温高温与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水SiO2 2 2NaOH =Na2 2SiO3 3 H2 2O硅酸钠(粘合性)3、与盐反应:与盐反应:(所以,不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液,如所以,不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液,如NaOHNaOH、KOHKOH、NaNa2 2COCO3 3、N
14、aNa2 2SiOSiO3 3等溶液。等溶液。)Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温4、弱氧化性:弱氧化性:SiO2+2C Si+2CO高温高温某同学根据某同学根据SiOSiO2 2既可与碱反应既可与碱反应既可与碱反应既可与碱反应,也能与也能与也能与也能与氢氟酸反应氢氟酸反应,推断推断SiOSiO2 2为两性氧化物为两性氧化物为两性氧化物为两性氧化物.是否正确是否正确是否正确是否正确?性性 质质二氧化碳二氧化碳(CO2)二氧化硅二氧化硅(SiO2)SiO2与与CO2化学性质的比较化学性质的比较 COCO2+H+H2O=HO=H2COC
15、O3COCO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2COCO3 3+H+H2OOCOCO2+Na+Na2O=NaO=Na2COCO3SiOSiO2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2SiOSiO3+H+H2OOSiOSiO2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3高温高温SiOSiO2+4HF=SiF+4HF=SiF4 +2H+2H2OO酸性氧化物酸性氧化物与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温Na2CO3+CO2=2NaHCO3CaCO3+CO
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