高一化学必修一第四章第一节硅课件.ppt

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1、第四章第一节 硅 无机非金属材料无机非金属材料的主角-硅 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%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅硅26.3%硅的氧化物及硅酸盐构硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总沙子和土壤、约占地壳总量的量的90%90%以上。以上。自然界有没有游离态的硅？自然界有没有游离态的硅？一、单质硅与半导体材料太阳能电池太阳能电池观察以下三幅图，晶体硅具有怎样观察以下三幅图，晶体硅具

2、有怎样的物理性质？的物理性质？晶体硅的物理性质晶体硅的物理性质晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。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。硅是非金属，为何会具有金属的性质？硅是非金属，为何会具有金属的性质？处于金属非金属的交界处最早应用的半导体材料应用最广泛的半导体材料 结构类结构类结构类结构类似金刚似金刚似金刚似金刚石，硬石，硬石，硬石，硬熔点高熔点高熔点高熔点高,硬度大硬度大硬度大硬度大。从晶体结构及原子结构认识从晶体结构及原子结构认识硅，硅，并总结并总结硅的化学性质。硅的化学性质。硅与碳一样，最外层硅与碳一样，最外层4个个电

3、子，在化学反应中既电子，在化学反应中既不易失去又不易得到电不易失去又不易得到电子，主要形成子，主要形成正四价正四价化化合物。合物。不活泼不活泼2、化学性质化学性质不活泼（1 1）常温下）常温下与氟气、氢氟酸、强碱反应与氟气、氢氟酸、强碱反应Si+2NaOH+H2 2ONa2 2SiO3 3+2H2 2 （2 2）加热）加热Si+O2 2 SiO2 2常温下很稳定，不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。常温下很稳定，不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。为何自然界为何自然界没有游离态没有游离态的硅？的硅？硅是亲氧元素，硅是亲氧元素，在地壳形成的高在地壳形成的高温环境条件下

4、，温环境条件下，硅与氧形成稳定硅与氧形成稳定的的SiO2硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，工业上是如何获得需要有高纯度的硅才能实现，工业上是如何获得单质硅的呢？单质硅的呢？资料：资料：据热力学数据表明：据热力学数据表明：SiO2+2C=Si+2CO反应能够发生的温度为反应能够发生的温度为T1766.88K.SiO2+C=Si+2CO2反应能够发生的温度为反应能够发生的温度为T2521.18K.如果你是工厂管理者，你会选则哪个温度？为什么？如果你是工厂管理者，你会选则哪个温度？为什么？高温高温温度高，对设备的要求也高，所

5、需费用也高，不经济。温度高，对设备的要求也高，所需费用也高，不经济。反应得到的是反应得到的是粗硅，还需提粗硅，还需提纯。纯。3 3、单质硅的制取、单质硅的制取SiO2 2+2C Si+2CO高温高温粗制粗制精制精制Si+2Cl2 2 SiCl4 4高温高温SiCl4 4+2H2 2 Si+4HCl高温高温置换反应置换反应价值价值5元的沙子元的沙子SiO2Si点沙成金价值价值5000元的芯片元的芯片制集成电路、晶体管、硅整流器等制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料半导体材料含硅含硅4%的钢可制的钢可制变压器铁芯变压器铁芯含硅含硅15%的钢具有耐酸性，制的钢具有耐酸性，制耐酸设耐酸设备备半导体

6、材料；硅芯片半导体材料；硅芯片太阳能电池太阳能电池晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池、硅合金等。池、硅合金等。3、硅的用途硅的用途(半导体材料半导体材料)晶体管晶体管集成电路集成电路硅芯片硅芯片卫星的翅膀卫星的翅膀太阳能汽车的尾巴太阳能汽车的尾巴在太阳能方面的利用太阳能电池 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

7、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的重要作用中的重要作用二、二氧化硅1.二氧化硅(SiO2)硅石(天然)结晶形（石英）无定形（硅藻土，沙子）纯净的SiO2晶体叫做水晶。石英具有彩色环带状或层状的叫玛瑙SiO2 的天然存在：的天然存在：水水晶晶(纯纯净净的的二二氧氧化化硅硅)观察观察SiO2的外观，总的外观，总结结SiO2物理性质物理性质石英水晶紫水晶蔷薇石英茶晶黄水晶玛瑙2.二氧化硅物理性质二氧化硅物理性质:硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水二氧化碳二氧化碳物理性质：物理性质：CO2是一种是一种 无无 色色能能溶于水的溶于水的 气气 体，

8、固态体，固态CO2俗俗称称干冰干冰。SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 二氧化硅的晶体结构二氧化硅的晶体结构（2）化学性质:通常条件下，很稳定1.从物质组成和性质角度从物质组成和性质角度来分类，来分类，SiO2属于哪类物属于哪类物质？质？2.SiO2可能具有哪些化学性质？可能具有哪些化学性质？学生总结：学生总结：3 3、化学性质、化学性质(1)酸性氧化物：酸性氧化物：思考：思考：NaOHNaOH溶液为什么不盛装在带磨口玻溶液为什么不盛装在带磨口玻溶液为什么不盛装在带磨口玻溶液为什么不盛装在带磨口玻璃塞的试剂瓶中？璃塞的试剂瓶中？璃塞的试剂瓶中？璃塞的试剂瓶中？_高温高温Si

9、O2CaOCaSiO3 3SiO22NaOHNa2SiO3H2O、常用的矿物胶常用的矿物胶因为玻璃的主要成分是二氧化硅，易与碱液因为玻璃的主要成分是二氧化硅，易与碱液反应生成对应的硅酸盐，将瓶盖粘合反应生成对应的硅酸盐，将瓶盖粘合.SiOSiO2 2坩埚（陶瓷）能坩埚（陶瓷）能用来熔融烧碱？用来熔融烧碱？学生总结：学生总结：3 3、化学性质、化学性质SiO2+4HF=SiF4+2H2O(2)特性特性注意：利用该反应可以雕刻玻璃注意：利用该反应可以雕刻玻璃不能。因为玻璃瓶中含有的SiO2会与HF反应,最好用特制的塑料瓶.能否用玻璃试剂瓶盛氢氟酸，为什么？应用什么瓶盛放？在玻璃表面涂上一层石蜡在玻

10、璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡洗掉酸并去掉石蜡拓展拓展有人认为有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？种看法吗？解答解答不同意这种看法。因为不同意这种看法。因为SiO2与与HF反反应不能生成盐应不能生成盐,而且它只能与而且它只能与HFHF反应反应,与其与其他酸不反应他酸不反应.小结:化合物化合物化学性质化学性质二氧化碳二氧化碳(CO2)二氧化硅二氧化硅(SiO2)相相同同点点酸酸性性氧氧化化物物

11、与强碱与强碱反应反应与碱性与碱性氧化物氧化物反应反应与水与水反应反应弱氧化性弱氧化性特殊性特殊性SiO2+CaO =CaSiO3 高温CO2+H2O H2CO3 CO2+C =2CO高温 SiO2+2C =Si+2CO高温SiO2+4HF=SiF4+2H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3与氢氟酸不反应SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O不反应酸性氧化物（4）用途）用途装饰品石英坩埚光导纤维石英手表光学仪器耐磨器皿SiO2精密仪器轴承石 英 制 品-光导纤维光缆光光学学纤纤维维胃胃镜镜二、硅酸二、硅酸(H2SiO3)很弱的酸很弱的酸,酸性比碳酸弱，

12、不能使指示剂变色酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色(2)(2)、不稳定（比、不稳定（比H H2 2COCO3 3稳定）受热易分解：稳定）受热易分解：难溶于水。难溶于水。白色胶状固体白色胶状固体H2SiO3=SiO2+H2O 1、物理性质、物理性质2、化学性质、化学性质（1)与强碱反应与强碱反应思考：思考：COCO2 2H H2 2O OH H2 2COCO3 3 ，但是，但是SiOSiO2 2不不能与水直接化合成能与水直接化合成H H2 2SiOSiO3 3。那怎样制备那怎样制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？向饱和向饱和NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中溶液中,滴入酚酞滴入酚酞,再滴再

13、滴入稀盐酸入稀盐酸.现象现象结论结论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈红色红色，滴入，滴入盐酸有盐酸有透明的硅酸凝胶透明的硅酸凝胶产生产生 NaNa2 2SiOSiO3 3呈碱性，硅酸难溶于水呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体胶体)+2NaCl 实验实验4-14-13、硅酸制备、硅酸制备如何通过反应证明酸性比碳酸还弱如何通过反应证明酸性比碳酸还弱?Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 向硅酸盐溶液中加入盐酸或通入向硅酸盐溶液中加入盐酸或通入CO2Na2SiO3溶液大理石+稀盐酸稀盐酸大理石饱和碳酸氢钠溶液硅酸钠溶液学生实验想一想敞口存

14、放的硅酸钠溶液为什么变浑浊？现象：生成白色凝胶结论：硅酸钠溶液可以和CO2反应生成硅酸，所以要密闭保存 试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶细口瓶，磨口塞细口瓶，磨口塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞细口瓶，橡皮塞 1 1、实验室有几种试剂，根据它们各、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。行连线。2 2、下列说法正确的是（）、下列说法正确的是（）A ASiOSiO2 2溶于水显酸性溶于水显酸性B

15、BCOCO2 2通通入入水水玻玻璃璃(硅硅酸酸钠钠的的水水溶溶液液）可可得硅酸得硅酸C CSiOSiO2 2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸D DSiOSiO2 2晶体中不存在单个晶体中不存在单个SiOSiO2 2分子分子BD4 4、硅胶、硅胶硅酸浓度较小硅酸浓度较小-硅酸溶胶硅酸溶胶，硅酸浓度较大，硅酸浓度较大-硅酸凝胶硅酸凝胶硅酸凝胶干燥脱水硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶，称为硅酸干凝胶，称为硅硅胶胶，（，（SiOSiO2 2）干燥剂干燥剂，催化剂催化剂载体载体 原硅酸原硅酸H H4 4SiOSiO4 4白色胶状沉淀，弱酸白色胶状沉淀，弱酸硅酸可看成原硅酸失去一个水得到

16、的硅酸可看成原硅酸失去一个水得到的三、硅酸盐三、硅酸盐2 2、大多不溶于水，化学性质很稳定、大多不溶于水，化学性质很稳定1 1、是由、是由硅、氧硅、氧和和金属金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。3 3、结构复杂，用、结构复杂，用SiO2SiO2和和金属氧化物金属氧化物组合形组合形式表示式表示金属氧化物写在前面，再写金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写，最后写H2O；氧化；氧化物之间用物之间用“”隔开。隔开。注意注意注意注意:改写后应与改写后应与原来化学式中的原子个数比原来化学式中的原子个数比一样。一样。粘土：粘土：Al2(Si2O5)(OH)4 长石长石：kAlSi3O8K2OAl

17、2O36SiO2Al2O32SiO22H2O放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3溶液溶液实验实验4-2现象现象结论结论水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，失去防水份蒸发后，失去防火作用火作用防火效果好，用作防火效果好，用作防火剂防火剂（2 2）用途：）用途：水玻璃是无色粘稠的液体水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和防火剂防腐剂和防火剂，建，建筑、纸张的黏胶剂。筑、纸张的黏胶剂。4 4、NaNa2 2SiOSiO3 3：最简单的硅酸盐

18、，：最简单的硅酸盐，易易溶于水，其溶于水，其水溶液俗称为水溶液俗称为水玻璃，水玻璃，水溶液显水溶液显碱碱性性。可以用于可以用于制备硅胶和木材防火剂制备硅胶和木材防火剂5、无机非金属材料、无机非金属材料硅硅硅硅酸酸酸酸盐盐盐盐产产产产品品品品陶瓷：原料陶瓷：原料陶瓷：原料陶瓷：原料水泥：原料水泥：原料水泥：原料水泥：原料玻璃：原料玻璃：原料玻璃：原料玻璃：原料教材：教材：P78P78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、超导陶瓷等传统传统无机无机非金非金属材属材料料（1 1）陶瓷的制备）陶瓷的制备原料：黏土原料：黏土高温烧结高温烧结（2）水泥的

19、制备：）水泥的制备：a.原料：黏土原料：黏土(SiO2)、石灰石、石膏（适量）、石灰石、石膏（适量）b.设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑c.条件：高温锻烧条件：高温锻烧水泥回转窑水泥回转窑3）玻璃）玻璃A.原料：纯碱、石灰石、过量石英（原料：纯碱、石灰石、过量石英（SiO2)B.设备：玻璃熔炉设备：玻璃熔炉C.条件：高温熔融条件：高温熔融D.成分：成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2E.主要反应：主要反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2F.种类：普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光种类：普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹

20、玻璃、铅玻璃等学玻璃、防弹玻璃、铅玻璃等1 :1 :61 :1 :4新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷（工程陶瓷）高温结构陶瓷（工程陶瓷）压电陶瓷压电陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超导陶瓷超导陶瓷氮化硅陶瓷氧化铝透明陶瓷管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俗称金俗称金刚砂），具有金刚刚砂），具有金刚石的结构。硬度很石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂大，用作砂纸、砂轮的磨料。轮的磨料。硅硅 钢钢（铁合金）（铁合金）导磁性良好，用导磁性良好，用作变压器铁芯作变压器铁芯分子筛分子筛：具有均匀微孔结：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐构的铝硅酸盐Na 2OAl 2O3 2SiO2 nH 2O

21、 主要作吸附剂和催化剂主要作吸附剂和催化剂硅橡胶硅橡胶：既耐高温又：既耐高温又耐低温耐低温制造飞机、火箭、制造飞机、火箭、导弹的零件和绝缘导弹的零件和绝缘材料材料1用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的 组组 成，不正确的是成，不正确的是()A钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O103H2O)CaOAl2O33SiO23H2OB镁橄榄石镁橄榄石(Mg2SiO4)2MgOSiO2C长石长石(KAlSi3O8)K2OAl2O33SiO2D高岭石高岭石Al2Si2O5(OH)4 Al2O32SiO22H2O C2 2属于硅酸盐材料的是属于硅酸盐材料的是()水泥水

22、泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷水晶水晶 A A B B C C D DD3 3下列关于水玻璃的性质和用途叙述不正确的是下列关于水玻璃的性质和用途叙述不正确的是 ()A A水玻璃是一种矿物胶，不能燃烧水玻璃是一种矿物胶，不能燃烧B B在建筑工业上可作黏合剂在建筑工业上可作黏合剂C C木材、织物浸过水玻璃后，不易燃烧木材、织物浸过水玻璃后，不易燃烧 D D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质D当堂检测当堂检测1.有关硅元素的下列叙述中正确的是（有关硅元素的下列叙述中正确的是（）A硅与任何酸都不反应硅与任何酸都不反应B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

23、、约占地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、约占地壳总量的壳总量的90%以上。以上。C硅的性质很稳定，在自然界以游离态存在硅的性质很稳定，在自然界以游离态存在D.晶体硅和无定形硅是同种物质晶体硅和无定形硅是同种物质2、在、在浓硝酸浓硝酸水水盐酸盐酸氢氟酸氢氟酸氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的有起化学反应的有（）A.B.C.D.3、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是：但不能用磨口玻璃塞的是：()A.氢氟酸氢氟酸B.浓硝酸浓硝酸C.NaOH溶液溶液D.氯水氯水4.下列说法正确的是（下列说法正确的是

24、（）制造光导纤维的主要原料是晶体硅；制造光导纤维的主要原料是晶体硅；制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是SiO2；电脑中的芯片、太阳能电池的主要原料是晶体硅电脑中的芯片、太阳能电池的主要原料是晶体硅医用内窥镜的主要医用内窥镜的主要原料是原料是SiABCDBCCB练习练习:1.1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物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是（不具有的性质是（）A.A.熔点很高熔点很高 B.B.与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸C.C.可与烧碱反应生成盐可与烧碱反应生成盐 D.D.坚硬坚硬B B2.2.要除去要除去SiOSiO2 2中混有

25、的少量中混有的少量CaOCaO杂质，最适宜的试剂杂质，最适宜的试剂是（是（）A.A.纯碱溶液纯碱溶液 B.B.盐酸盐酸 C.C.硫酸硫酸 D.D.苛性钠溶液苛性钠溶液B B3.3.下列物质中下列物质中,主要成分不是主要成分不是SiOSiO2 2的是（的是（）A.A.金刚砂金刚砂 B.B.玛瑙玛瑙 C.C.水晶水晶 D.D.石英石英A A预习检测预习检测根据你的预习，判断正误：根据你的预习，判断正误：1.硅能导电，故它是金属。硅能导电，故它是金属。（）2.硅的化学性质比较稳定，在自然界中主要以游离态硅的化学性质比较稳定，在自然界中主要以游离态存在。存在。（）3.高纯度的硅被广泛用于制作计算机芯片。（高纯度的硅被广泛用于制作计算机芯片。（）4.晶体硅是制造光导纤维的原料。晶体硅是制造光导纤维的原料。（）5.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不可二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不可以与任何酸反应。以与任何酸反应。（）