人教版高中化学必修1第四章第一节无机非金属材料的主角-Si

无机非金属材料的主角——Si硅材料建筑材料——水泥建筑装饰材料—玻璃无机非金属材料用作电子器件荧光材料特殊新型复合材料一、硅单质？请画出碳和硅的原子结构示意图分析：既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。1、存在及物理性质硅元素以什么样的形态存在于自然界？硅在地壳中含量仅次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-----二氧化硅、硅酸盐硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！晶体硅和无定形硅---同素异形体硅图4-11单晶硅图4-11单晶硅2、Si化学性质•与单质的反应：Si+O2===SiO2Si+2F2===SiF4•与酸的反应Si+4HF===SiF4↑+2H2↑Note:与硝酸、硫酸不反应•与碱的反应Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑硅的化学性质不活波，但在常温下可以和氟气（F2）、氢氟酸（HF）和强碱反应Si+2Cl2==SiCl4硅的用途的树形图3、单质Si的制备在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅SiCl4+2H2===Si+4HCl高温（高纯硅99.9999999％）提纯硅Si+2Cl2===SiCl4高温粗硅SiO2+2C==Si+2CO↑高温粗硅制粗硅用途集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。集成电路晶体管5.用途晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.硅太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）二、二氧化硅（SiO2）玛瑙石英石英光导纤维水晶•石英、沙子、玛瑙和硅藻土等。•天然的二氧化硅分为晶体和无定形两类。1、SiO2的存在在SiO2的晶体中，每个硅原子与个氧原子结合，每个氧原子与个硅原子结合，即SiO2晶体是由Si和O按的比例所组成的空间网状结构的晶体。2、SiO2的结构421∶2正四面体将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为1:2，SiO2只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在SiO2的小分子。3、SiO2的物理性质二氧化硅是、、的主要成分，具有硬度、熔点、导电、不溶于水等性质。岩石沙子土壤大高不瓶塞被粘住一个盛放NaOH试剂瓶不能打开，瓶塞被粘住的原因是什么？怎样才能打开？学校校友送给母校玻璃镜面上字（图片），字是怎样弄上去的？请讨论！①酸性氧化物的通性SiO2＋CaOSiO2＋NaOH===②与碳的反应：SiO2＋C③与氢氟酸的反应：SiO2＋4HF===4、SiO2的化学性质及用途CaSiO32Si＋2CO↑SiF4↑＋2H2O2Na2SiO3＋H2O•用途：SiO2可用于制造、石英坩埚、饰物等。光导纤维④在高温下与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产）SiO2+Na2CO3===CO2↑+Na2SiO3SiO2+CaCO3===CO2↑+CaSiO3高温高温思考：C与Si同属第IVA元素，原子最外层电子数目相同，其相应的氧化物CO2与SiO2性质有哪些异同点？提示：CO2与SiO2比较二氧化碳二氧化硅存在物理性质化学性质与水与酸与NaOH溶液与CaO与盐用途SiO2与CO2SiO2与CO2那个说分子式那个说化学式？为什么硅元素单质硅Si+F2Si+HFSi+NaOH加热能与某些非金属单质反应（O2、Cl2）O2二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和制造医用内窥镜等硅可制造集成路、太阳能电池等；硅合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。C高温HF无游离态常温不活泼只有化合态SiO2硅酸盐Na2SiO3、CaSiO3碱碱性氧化物三、硅酸(H2SiO3)思考：硅酸（H2SiO3）能通过二氧化硅与水反应制得吗？为什么？1、不溶于水，酸性比碳酸弱。硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸现象结论方程式滴入酚酞溶液呈红色Na2SiO3呈碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl实验探究：滴入盐酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水2、制备：较强酸与可溶硅酸盐溶液Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，受热干燥失水。生成的H4SiO4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。H4SiO4====H2SiO3+H2O3、用途：硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时——；浓度较大时——。硅酸凝胶干燥脱水→硅酸干凝胶，又称硅胶，吸附水的能力强，常用作，也用作催化剂的载体。无色透明液体凝胶干燥剂小结作业布置【例1】下列说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B．根据反应SiO2＋CaCO3====CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强C．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D．晶体硅常被用来制造光导纤维高温C【练习】下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）A．CO2→H2CO3B．SiO2→Na2SiO3C．Na2O2→Na2CO3D．SiO2→H2SiO3D【例2】1molSiO2晶体中含有Si—O共价键的物质的量是()A．1molB．2molC．3molD．4molD【例3】硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有很多相似的地方。如它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧化物(如CaO)反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水。把河沙(主要成分是SiO2)跟镁粉按一定质量比(稍大于15∶24)混合均匀，装入试管中加热大约1分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。(1)写出河沙与镁粉在加热条件下反应的化学方程式：____________________，该反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学式)________。(3)写出产生“爆炸声”的化学方程式：_________________________________________________。1)SiO2＋4Mg==?==Mg2Si＋2MgO放热(2)SiH4(3)SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O【例4】.工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①，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)＋2Cl2＝SiCl4②，SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③。根据以上反应回答下列问题：（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AACCE【例题5】、为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空：（1）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试剂是____________。（2）装置B所盛试剂是____________，装置B所盛试剂的作用是__________________。（3）装置C所盛试剂是____________，出现的现象是____________________________。盐酸饱和NaHCO3溶液除CO2中含有的HClNa2SiO3溶液产生白色凝胶三、硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。实验4-2放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防火剂的原料硅酸盐组成表示硅酸钠（Na2SiO3)镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2ONa2O·SiO22MgO·SiO2CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OK2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OK(Al3Si3O10)(OH)2长石滑石石棉高岭土粘土硅酸盐的丰富性和多样性（阅读P77）人面鱼纹盆传统无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃阅读教材78-79硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥陶器瓷器陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具生产原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）生产设备：陶瓷窑生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型陶瓷玻璃生产原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃熔炉反应原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶体，无固定的熔点高温SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑高温玻璃玻璃有色玻璃钢化玻璃加入了不同的金属氧化物普通玻璃加热接近熔化再急速冷却玻璃水泥生产原料：石灰石、黏土（CaCO3、Al2O3·2SiO2·2H2O）生产设备：水泥回转窑主要成分：3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3主要特性：水泥具有水硬性水泥具有特殊功能的含硅物质碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。硅钢（铁合金）导磁性良好，用作变压器铁芯硅橡胶分子筛具有均匀微孔结构的铝硅酸盐碳化硅(金刚砂,SiC)：硬度大硅钢：高导磁性硅橡胶：良好的弹性分子筛：吸附剂、催化剂特殊功能的含硅物质图4-9既耐高温又耐低温的硅橡胶制品新型无机非金属材料：新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等图4-10生物陶瓷制成的人造骨小结硅酸盐无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料陶瓷玻璃水泥高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷