《第一节 无机非金属材料的主角——硅》PPT课件.ppt

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1、无机非金属材料的主角硅（第一课时）,地球生物生存的根基空气、水、阳光、 硅酸盐,1.了解二氧化硅及硅酸的性质与应用2.认识物质间既有相似性又有各自的特性,重点：二氧化硅的性质和硅酸的制备,难点：二氧化硅的结构,学习目标：,C、Si 的原子结构示意图。,+14,+6,C,Si,碳、硅原子既不易失去又不易得到电子，主要形成四价的化合物。,非金属性：C Si,硅元素在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧。硅是一种亲氧元素,在自然界没有游离态，只有化合态主要以熔点很高的氧化物（二氧化硅）和硅酸盐的形式存在。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。,结晶形（石英晶

2、体）无定形硅藻土,水晶玛瑙,一、 二氧化硅（ SiO2 ）,1、存在:,硅石,无色透明,彩色环带或层状,水晶,玛瑙,SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。,二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成, 表示Si与O的原子个数比为1:2,所以不是分子式而是化学式。,SiO4四面体结构,立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理性质,一、二氧化硅,2. 结构,SiO2的晶体结构图,每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。,一、二氧化硅,用途：以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材

3、料纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料石英和玛瑙制作饰物和工艺品,思考与交流,P76,物理性质:_,化学稳定性:_,通常条件下，很稳定,熔点高、硬度大、难溶于水,交流与研讨,1.玻璃中含有SiO2，从物质组成和性质角度来分类， SiO2属于哪类物质？,2. SiO2可能具有哪些化学性质？,3、二氧化硅的化学性质（通常很不活泼）,具有酸性氧化物的通性,（1）与强碱反应生成盐和水,（2）与碱性氧化物反应生成盐,（有粘性，其溶液俗称水玻璃）,SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O,（2）难溶于水，不与水反应,4HF+SiO2=SiF4+2H2O,（3） SiO2的特性 与氢氟酸（H

4、F）反应,*用途：雕刻玻璃,1.为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。,思考,2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,HF能腐蚀玻璃，因此盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,3.某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物，是否正确?,CO2+ 2NaOH= Na2CO3+ H2O,SiO2+4HF = SiF4+2H2O,SiO2+ 2NaOH= Na2SiO3 + H2O,CO2+ Na2O=Na2CO3,SiO2+ CaO CaSiO3,C

5、O2+H2O H2CO3,二氧化碳与二氧化硅比较,酸性氧化物,思考： ，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。那怎样制备H2SiO3呢？ 硅酸是一种怎样的物质呢？,CO2+H2O H2CO3,滴入酚酞溶液呈红色,硅酸难溶于水,Na2SiO3 + 2HCl =H2SiO3(胶体) +2NaCl,制备,可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应, Na2SiO3溶液呈碱性,滴入盐酸有白色胶状沉淀产生,二、硅酸(H2SiO3),Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3 (胶体),实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,硅酸凝胶经干燥脱水就形

6、成干胶，称为“硅胶”。,酸性较弱，比碳酸的酸性还弱；溶解度很小。,二、硅酸(H2SiO3),干燥硅胶,湿硅胶,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。,1、制备Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3（胶体） + 2NaCl,2、物理性质: 白色，胶状，不溶于水的物质,4、用途:,可作干燥剂和催化剂的载体,3、化学性质,酸性比碳酸弱,强酸制弱酸原理（酸性HClH2CO3H2SiO3）,（1)与强碱溶液反应： H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O,小结,Na2SiO3 + CO2+H2O= H2SiO3（胶体） +

7、 2Na2CO3,练习 1,为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：,思考：直接将A中产生的二氧化碳通入到C中的硅酸钠溶中，能否证明H2CO3强于H2SiO3？,盐酸,饱和NaHCO3溶液,吸收HCl气体,Na2SiO3溶液,HCl,H2CO3,H2SiO3,练习,教材P80 1.3.4,三、硅酸盐,硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。,1、含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称, 最简单的硅酸盐，可溶于水 其水溶液俗称为水玻璃。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作木

8、材防火剂等；还可用于制备硅酸,3.硅酸钠（Na2SiO3）,三、硅酸盐,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）,2、硅酸盐的表示方法：,化学式法：,氧化物法：,硅酸钠：Na2SiO3,硅酸钙：CaSiO3,硅酸钠：Na2O SiO2,硅酸钙： CaO SiO2,三、硅酸盐,硅酸盐的表示方法：(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物的组合)。氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物之间以“”隔开。(3)注意原子守恒,硅酸钠NaSiO3 石棉CaMg3Si4O12 长石KAlSi3O8,四、硅

9、酸盐工业,（1）玻璃,普通玻璃:以纯碱(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2)为原料,Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,有关反应的化学方程式：,高温,高温,四、硅酸盐工业,以黏土和石灰石为主要原料,（2）水泥,（3）传统硅酸盐陶瓷： 传统硅酸盐陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。,（4）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

10、芯。,硅橡胶最好的既耐高温又耐 低温的橡胶。 分子筛具有均匀微孔结构的铝硅酸盐。,硅酸盐,t,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,新型无机非金属材料：,新型无机非金属材料的特征：,（1）耐高温、强度高；,（2）具有电学性质；,（3）具有光学性质；,（4）具有生物功能；,1、硅的工业制法,粗硅：,纯硅：,五、硅单质,四、硅单质,2、硅的种类、结构、物理性质,单质硅有晶体和无定形两种。,晶体硅的结构与金刚石类似，是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性。,3、化学性质,四、硅单质,Si+4HF=SiF4+2

11、H2,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2,CO2+ Na2CO3+ H2O = 2NaHCO3,CO2+C 2CO,SiO2+ Na2CO3 Na2SiO3 + CO2,SiO2+ 2C Si + 2CO,CaCO3 + 2HCl=CaCl2 + H2O + CO2,4、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,利用硅的半导体性能，制成光电池 ，将光能转化为电能。,四、硅单质,电脑的中央处理器（CPU）,硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。,硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体

12、器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,2、结构材料高温结构陶瓷：,(1)氧化铝陶瓷(人造刚玉)：,高压钠灯的灯管就是用氧化铝陶瓷制作的。高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，是白炽灯寿命的10倍，是目前寿命最长的灯。,高压钠灯,透明氧化铝陶瓷,注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。,用高温结构陶瓷做的发动机叶片,1.下列物质中属于纯净物的是( ) A.Na2CO310H

13、2O B.水泥 C.纯净的盐酸 D.普通玻璃,3.下列物质有固定熔点的是（）A.水泥 B.玻璃C.Na2OSiO2 D.水玻璃,2.下列叙述正确的是( )（双选）A.酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同,A,BD,C,课堂练习,本节小结,1、学习了非金属元素硅的重要化合物 二氧化硅和硅酸。,2、学习了二氧化硅的重要 性质及硅酸的制备。,巩固小练：写出下列的化学方程式：、二氧化硅和氢氟酸反应2、二氧化硅和氧化钙反应3、二氧化硅和氢氧化钠溶液4、实验室制取硅酸5、二氧化碳通入氢氧化钠溶液,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,SiO2+CaO=高温=CaSiO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,