高中化学必修一---硅

LOGOLOGO第四章非金属及其化合物LOGOLOGO第一节无机非金属材料的主角－－－－硅你知道美国的硅谷吗？SiliconvallyLOGOLOGOSi元素在地壳中的含量排在第几位？LOGOLOGO在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演中主要角色LOGOLOGOLOGOLOGO碳及其重要化合物LOGOLOGO碳单质1、碳的同素异形体的结构金刚石石墨C60LOGOLOGO金刚石是一种具有空间网状结构的晶体，在晶体中，每个碳原都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与4个碳原子结合。成为正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（3550℃）和沸点（4827℃）都很高,硬度很大。金刚石LOGOLOGO------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120º共价键范德华力石墨石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。熔沸点高LOGOLOGO1、可燃性：C+O2====CO22C+O2(不足)==2CO点燃点燃2、还原性：C+2CuO==2Cu+CO2C+H2O==CO+H2(水煤气)2、化学性质C+4HNO3（浓）=CO2↑+4NO2↑+2H2OC+2H2SO4（浓）=CO2↑+2SO2↑+2H2O2C+SiO2==2CO↑+Si高温C+CO2==2COΔ高温ΔΔ高温LOGOLOGO碳的化合物LOGOLOGO一氧化碳（1）物理性质（2）化学性质1、可燃性：2CO+O2====2CO2(用点燃方法除CO)点燃2、还原性：Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2(炼铁)CuO+CO==Cu+CO23、毒性无色无味，难溶于水，有毒CO＋H2O＝CO2＋H2高温尾气点燃处理、用气囊收集4、检验：灼热的氧化铜、澄清石灰水LOGOLOGO.二氧化碳（2）化学性质（1）物理性质氧化性：CO2+C==2COCO2+2Mg==2MgO+C点燃酸性氧化物：CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2Na2CO3(饱和)+CO2+H2O=2NaHCO3无色无味，无毒，不支持燃烧CO2过量：CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3CO2不足量：CO2+2NaAlO2+3H2O=2Al(OH)3↓+Na2CO3LOGOLOGO将足量二氧化碳不断氢氧化钠、氢氧化钡、偏铝酸钠溶液中通入氢氧化钠溶液中：CO2+2OH-=CO32-+H2OCO2+CO32-+H2O=2HCO3-通入氢氧化钡溶液中：CO2+Ba2++2OH-=BaCO3↓+H2OCO2+BaCO3+H2O=Ba2++2HCO3-通入偏铝酸钠溶液中：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-CO2+CO32-+H2O=2HCO3-LOGOLOGO（3）制法①工业制法CaCO3CaO+CO2②实验室制法CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2（4）检验：澄清石灰水高温LOGOLOGO原子结构思考1：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它相同？Si最外层电子数是4，碳也是。思考2：碳、硅原子主要显几价？正四价（+4价）碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石和许多矿物的主要元素Si在自然界中没有游离态的形式存在LOGOLOGO二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山LOGOLOGO（1）存在形式：一、二氧化硅SiO2地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的，其存在形态有和12％结晶型无定形LOGOLOGO结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙1、二氧化硅（SiO2）(1)存在:天然的SiO2称为硅石硅石无色透明彩色环带或层状水晶玛瑙LOGOLOGO水晶晶体二氧化硅LOGOLOGO玛瑙玛瑙LOGOLOGO坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。2.物理性质LOGOLOGO二氧化碳CO2二氧化硅SiO2化学式的意义状态硬度熔沸点相同点表示二氧化碳分子及其组成表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比气态固态很小很大能溶于水不溶于水很低很高二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比都属酸性氧化物水溶性LOGOLOGO活动与探究为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？是结构上的不同LOGOLOGOSiO3.结构.SiO2原子晶体LOGOLOGOSiOSiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定LOGOLOGOLOGOLOGO实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？LOGOLOGO4、化学性质（不活泼）：（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O玻璃中含有SiO2，所以可以用HF来刻蚀玻璃SiO2不溶于水，不与水反应LOGOLOGOSiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2高温（b)酸性氧化物的特性：①与碱性氧化物反应②与强碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③与某些盐反应：SiO2+CaO==CaSiO3高温（有粘性，其溶液俗称水玻璃）高温SiO2既能跟酸反应，又能跟碱反应，但不是两性氧化物注意：LOGOLOGO二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性质熔沸点高、硬度大熔沸点低硬度小与水反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应与碳反应高温高温高温不反应CO2+H2O=H2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3CO2+CaO=CaCO3SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反应SiO2+2C==Si+2COCO2+C==2COLOGOLOGO练习下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（）①红宝石②玛瑙③钻石④石英晶体⑤硅石⑥水晶⑦大理石⑧金刚砂⑨硅藻土⑩光导纤维①③⑦⑧LOGOLOGO5、用途由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。LOGOLOGO①制光导纤维②石英玻璃制化学仪器③制石英表、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LOGOLOGO石英制品LOGOLOGO用光导纤维做无开刀手术光导纤维手术头灯通信用光缆光学纤维胃镜LOGOLOGO水晶石英、玛瑙LOGOLOGO二氧化硅用来制光导纤维光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。LOGOLOGO现象结论反应式Ｐ76实验４－１观察现象并填写下表滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl二.硅酸(H2SiO3)制备:可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应LOGOLOGO2、用H2CO3也可制得H2SiO3，可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱。SiO32-+H2O+CO2==CO32-+H2SiO3（胶体）Na2SiO3+H2O+CO2（适量）==Na2CO3+H2SiO3（胶体）一、制备方法1、可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaClSiO32-+2H+==H2SiO3（胶体）LOGOLOGO硅酸是一种白色粉末状的固体，它的溶解度小；是一种弱酸，不能使指示剂变色2、物理性质硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。LOGOLOGO3、硅酸化学性质①与强碱发生中和反应②不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解H2SiO3==H2O+SiO2ΔH2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2OLOGOLOGO三、硅酸盐1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。LOGOLOGO最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），俗称泡花碱；其水溶液俗称为水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂等。放入蒸馏水现象结论水份蒸发后燃烧放入Na2SiO3溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，失去防火作用防火效果好用作防火剂P77实验4-22、硅酸钠Na2SiO3LOGOLOGO花岗岩LOGOLOGO长石LOGOLOGO云母石LOGOLOGO滑石LOGOLOGO石棉LOGOLOGO高岭土LOGOLOGO粘土LOGOLOGO3硅酸盐的表示方法——用氧化物的形式表示氧化物的顺序：低价金属氧化物→高价金属氧化物→二氧化硅→水LOGOLOGO用氧化物形式表示硅酸盐的组成①硅酸钠Na2SiO3______________②硅酸钙CaSiO3______________③高岭石Al2(Si2O5)(OH)4_____________④正长石KAlSi3O8___________________Na2O•SiO2Al2O3•2SiO2•2H2OK2O•Al2O3•6SiO2CaO·SiO2LOGOLOGO练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐石棉：CaMg3Si4O12普通玻璃：CaNa2Si6O14钙沸石：Ca(Al2Si3O10)·3H2OCaO·3MgO·4SiO2CaO·Na2O·6SiO2CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OLOGOLOGO无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃4、硅酸盐工业4、硅酸盐工业LOGOLOGO陶瓷原料：条件：黏土高温烧结LOGOLOGO景德镇陶瓷LOGOLOGO玻璃原料：设备：条件：主要反应：主要成份：高温SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2高温纯碱、石灰石、石英硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅高温熔融玻璃窑LOGOLOGO玻璃LOGOLOGO特殊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LOGOLOGO水泥原料：设备：条件：主要成份：水泥回转窑黏土、石灰石、石膏煅烧硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)混合物铝酸三钙(3CaO·Al2O3)LOGOLOGO水泥LOGOLOGOLOGOLOGO其它重要硅化物SiC硅钢（4％硅）硅橡胶（金刚砂）LOGOLOGO传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥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LOGOLOGO五、硅单质1、存在形式自然界中没有游离态的硅，只有化合态单质硅分为晶型和无定形2、分布自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。LOGOLOGO3.物理性质单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构与金刚石类似，灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点高，硬度大，难溶于水。硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。LOGOLOGO（1）与氟气反应：（2）与氢氟酸反应：（3）与强碱溶液反应：（4）与氯气反应：（5）与氧气反应：Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl4Si+O2==SiO2△△4、化学性质：常温下反应加热条件LOGOLOGO5、