无机非金属材料的主角-硅(全套课件)

第一节(3课时）无机非金属材料的主角—硅学习目标1、了解二氧化硅的存在、结构、性质及用途2、了解硅酸的制法、性质及用途3、硅的结构、性质、制法、用途4、硅酸盐的性质及用途重难点：二氧化硅和硅酸的化学性质1、硅的原子结构硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，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。一、硅单质Si+14842+642C自然界中有无游离态的硅?——自然界不存在游离态硅。硅是一种亲氧元素，主要以高熔点的SiO2及硅酸盐的形式存在。硅太阳能电池2、硅的存在形式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90%以上。碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。——自然界不存在游离态硅。硅是一种亲氧元素，主要以高熔点的SiO2及硅酸盐的形式存在于自然界。2、物理性质：1、存在形式{晶体硅无定形硅硅有晶体硅和无定形硅两种。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(1410℃)和沸点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间。3、硅的晶体结构：每个硅原子通过4个共用电子对与周围4个硅原子连接，成正四面体结构，向空间延伸，形成空间网状结构。4、化学性质你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑硅单质的化学性质高温下，具有强还原性Si+O2SiO2△Si+CSiC（金刚砂)高温Si+2FeOSiO2+2Fe高温Si+2Cl2SiCl4△工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅，又能跟氯气反应经提纯得到SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：5、硅的工业制备硅单质SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③（1）反应①中焦炭做（）A.还原剂B.氧化剂C.二者都不是（2）反应②属于（），反应③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AACCESiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③根据以下反应回答下列问题：6、用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。硅太阳能电池硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心硅单质（1）制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料（2）含硅4%的钢可制变压器铁芯（3）含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备二、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（SiO2）（1）SiO2的存在形态无定形（硅藻土）玛瑙水晶水晶玛瑙(无色透明)(彩色环带或层状)硅石结晶形沙子（2）二氧化硅的晶体结构CO2的晶体结构SiO2的晶体结构SiO2晶体是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。SiO2不是分子式，而是化学式（晶体中原子个数最简单的整数比）。【SiO4】四面体结构SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维石英坩埚玻璃仪器精美瓷器根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？SiO2的这些性质是由什么决定的？思考与交流：物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。原因：SiO2的这些性质主要与它的结构有关，SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。①酸性氧化物与碱性氧化物反应生成盐SiO2+CaO==CaSiO3（3）化学性质:高温实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。硅酸钠，水溶液俗名“水玻璃”，具有黏性，可用作粘合剂，也可用来制备硅胶和木材防火剂等。与强碱反应生成盐和水SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+CaO==CaCO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+H2O=H2CO3CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3CO2+C==2CO△④SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸。②与C的反应SiO2+2C==Si+2CO↑高温③与某些盐的反应SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑高温SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑高温反应原理：高沸点物质制低沸点物质。HF是唯一可以与SiO2发生反应的酸，此反应用来雕刻玻璃。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O④与HF的反应（SiO2的特性）2、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？不能。HF能腐蚀玻璃，要用塑料瓶装，制取HF也不能用玻璃器皿而要用铅皿。1、某同学根据SiO2既可与氢氧化钠反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物。是否正确?不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。【思考与交流】特性：与HF反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O用途：玻璃中含有SiO2,可用氢氟酸刻蚀玻璃。2、SiO2的用途:装饰品石英坩埚光导纤维石英钟表耐磨器皿建筑材料（沙子）CO2SiO2物理性质状态熔沸点硬度水溶性化学性质与水反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应气态固态熔、沸点低熔、沸点高，硬度大CO2+H2O=H2CO3不能反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不能反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+CaOCaSiO3高温可溶于水不溶于水有粘性小结：CO2和SiO2性质比较:2、硅酸（H2SiO3）Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaClP76实验4-1（1）制备实验操作实验现象结论滴入酚酞溶液呈_____；滴入盐酸___________,有_____________产生。Na2SiO3呈碱性硅酸难溶于水酸性：HCl＞H2SiO3红色红色逐渐褪去白色胶状物质思考：如何制得硅酸？能用SiO2与水反应制得吗？由于SiO2不容于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。思考：怎样由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反应原理：强酸制弱酸思考：如何设计实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？实验探究：提供以下药品与仪器，请设计最合理的实验方案比较硅酸和碳酸的酸性强弱。分液漏斗、试管、导气管、双孔橡胶塞稀HCl、大理石、Na2SiO3溶液、饱和NaHCO3溶液药品：主要仪器：实验装置图实验步骤现象结论Na2SiO3溶液饱和NaHCO3溶液大理石稀HClNa2SiO3+H2O+CO2＝H2SiO3↓+Na2CO3酸性：H2CO3＞H2SiO3有白色胶状物质产生①如图组装好装置，并检查其气密性；②装好药品，打开分液漏斗上口玻璃塞，再拧开下面的活塞，缓慢滴加稀HCl，观察现象。化学方程式：①不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解∆H2SiO3==H2O+SiO2②弱酸性H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）硅酸的性质（3）硅胶制备：H2SiO3硅酸凝胶硅酸干凝胶“硅胶”用途：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，也可以用作催化剂的载体。逐渐聚合干燥脱水小结、二氧化硅1、可分为晶体(石英和水晶)和无定形(硅藻土)，统称为硅石2、晶体结构晶体中每个硅原子通过共价键与周围4个氧原子结合成正四面体形结构单元,每个硅原子与两个氧原子连接,形成一种空间网状结构，是原子晶体。3、物理性质硬度大,熔点高,难溶于水4、化学性质：（1）酸性氧化物的通性：①与碱性氧化物反应：SiO2+CaO=CaSiO3②与强碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③与盐反应：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2④不与水反应：SiO2+H2O≠H2SiO3（2）特性：与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O5、用途①制光导纤维②石英玻璃制化学仪器③石英表、石英钟④水晶制光学仪器和工艺品⑤玛瑙制精密轴承和装饰品种类繁多，结构复杂，用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成二、硅酸盐如Na2SiO3Na2O•SiO2K(Al2Si3O10)(OH)2K2O·2Al2O3·6SiO2·2H2O1、Na2SiO3俗名：水玻璃、泡花碱具有黏合作用，并可作防火剂Na2SiO3·5H2O大苏打、海波，照相工业用作定影剂将下列天然硅酸盐改写成氧化物的形式：(1)石棉CaMg3Si4O12_________________。(2)绿柱石Be3Al2Si6O18__________________。(3)白云母H4K2Al6Si6O24_______________________。(4)翡翠NaAlSi2O6_________________。用氧化物正确表达硅酸盐的方法是：____________________________________2、硅酸盐工业（阅读课文）玻璃、水泥、、陶瓷普通玻璃的制法1、原料：纯碱、石灰石、石英2、原理：3、成份：硅酸钠、硅酸钙、石英4、水泥的原料：石灰石和黏土；成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑高温高温1、关于二氧化硅说法错误的是（）A、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。C、二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物。D、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别。AC【课堂练习】2、下列说法正确的是（）A、SiO2溶于水显酸性B、二氧化硅也叫硅酐C、SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D、因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸酸性比碳酸强B