無機非金屬材料的主角——硅(二)

1、第四章 非金屬及其化合物第一節(jié) 無機非金屬材料的主角硅第二課時二、硅酸鹽與硅單質(zhì)教學(xué)目標：1. 知道晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，能說出它的主要用途2. 了解硅酸鈉（Na2SiO3）的性質(zhì)、用途，知道常用的水玻璃、陶瓷、水泥、玻璃是硅酸鹽的制品教學(xué)重難點：1. 知道硅酸鈉（Na2SiO3）的性質(zhì)2. 知道晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料復(fù)習(xí)回顧上課前，我們一起把上節(jié)課的內(nèi)容給回顧一下，上節(jié)課我們主要講到了二氧化硅與硅酸，二氧化硅它是一種酸性氧化物，但它不與水反應(yīng)，它可以與堿性氧化物（比如說氧化鈣、堿、氫氧化鈉）反應(yīng)，它不與鹽酸、硫酸或硝酸反應(yīng)，但它可以與氫氟酸反應(yīng)，當然它還可以與碳反應(yīng)，高溫時還能可以與碳

2、酸鈉發(fā)生反應(yīng)，而硅酸它的制備的時候，不能直接用二氧化硅和水反應(yīng)，因為兩者不反應(yīng)，我們一般是用二氧化硅與堿反應(yīng)，得到硅酸鹽，然后往里加鹽酸或者通入二氧化碳制得的。那么這一節(jié)課我們接著講無機非金屬材料的主角硅，我們先一起來看下硅酸鹽，那么應(yīng)該說我們在上一節(jié)課中，就講到了一種硅酸鹽，比如說硅酸鈉，我們還知道它的水溶液叫做水玻璃或者泡花堿，應(yīng)該說硅酸鈉是最簡單的硅酸鹽，而實際自然界存在的硅酸鹽有很多，是比較復(fù)雜的，我們把由硅、氧和金屬元素組成的化合物統(tǒng)稱為硅酸鹽。板書三、硅酸鹽與硅單質(zhì)1、硅酸鹽定義含義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱有一些硅酸鹽應(yīng)該說成分還是比較復(fù)雜的，硅酸鈉還是比較簡

3、單，下面我寫幾種大家看一下，【板書】 云母：KAl2（AlSi3O10）（OH）2高嶺石：Al4Si4O10·(OH)8 大家看一下，根據(jù)定義這兩種應(yīng)該都可以叫作硅酸鹽，但它不像硅酸鈉，它兩者的組成是比較復(fù)雜的，所以我們經(jīng)常將硅酸鹽改寫成二氧化硅和金屬氧化物的形式，就是用金屬氧化物和二氧化硅的形式來表示硅酸鹽，那么寫的時候，一般按照這樣的順序，先寫較活潑的金屬，較活潑的金屬氧化物，再寫較不活潑的金屬氧化物，再寫二氧化硅最后再寫水，按照這樣的順序，把硅酸鹽改寫成金屬氧化物和二氧化硅的形式，比如說我們這邊寫的幾種硅酸鹽，這個硅酸鈉我們就可以跟它改寫成氧化鈉和二氧化硅的形式，大家注意，氧化

4、物與氧化物之間用一個小圓點表示，比如說云母，先寫較活潑的鉀比鋁要活潑，再寫較不活潑的，然后再寫二氧化硅最后再寫水，這個高嶺土改寫成氧化物的形式，但這里面要強調(diào)的，它可以改寫成氧化物的形式，并不是說它具備這些氧化物的性質(zhì)，比如說硅酸鈉，你就不能說它有氧化鈉與二氧化硅的性質(zhì)，它只是為了方便表示，我們把它改寫成氧化物的形式，但并不能說，它具有這些氧化物的性質(zhì)，這在看一下第二點;【板書】 書寫順序：較活潑的金屬較活潑的金屬氧化物較不活潑的金屬氧化物SiO2H2ONa2SiO3Na2O·SiO2云母： K2O· 3Al2O3 · 6SiO2· 2H2O高嶺石：Al

5、2O3 · 2SiO2 ·2H2O【板書】2.硅酸鹽材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃水泥：（1）水泥原料：黏土、石灰石和石膏（2）生成過程： 研磨煅燒再磨成細粉普通硅酸鹽水泥的成分：硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣(2CaO·SiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)水泥的性能：水泥具有水硬性。【講述】我們先來看一下傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品，傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品應(yīng)該是這幾種，陶瓷、水泥、玻璃，那么先一起來看下水泥，那么應(yīng)該說，我們就是生活在鋼筋水泥的叢林里，那么這個水泥它是如何制備的呢？用到的是哪些原料呢？其實它的原料很簡單，是石灰石和粘土，然后輔

6、助以石膏，那么制備水泥的過程是這樣的，它先第一步是磨，它就把石灰石、粘土按照一定的比例把它磨成粉，那么這個細小的粉我們就把它稱作生料，然后將這個磨好的生料放在回轉(zhuǎn)窯中燒，那么在燒制的過程中，這些生料就發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，最終就變成了水泥，但是拿出來的肯定就已經(jīng)結(jié)塊了，待它冷卻以后我們再來把它磨成粉末，而且按照一定的比例加入石膏，那么這樣就形成了水泥，在這個過程中，我們說輔助材料是石膏，石膏在這里面是起一個什么作用呢？應(yīng)該這樣說，它是延緩水泥的硬化速率的，水泥具有水硬性，使用的時候肯定要加水，加水之后有一個硬化的過程，它是延緩水泥的硬化速率的，剛才我們就說呢，將這個磨好的生料放在回轉(zhuǎn)窯中燒

7、，那么在燒制的過程中，這些生料就發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，那么生成的硅酸鹽水泥它的成分主要是什么呢？看下課本77頁的資料卡片，主要是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣，現(xiàn)在給大家提個問題，比如說我們現(xiàn)在建房子大家都看到了，是先用鋼筋然后再用水泥，然后做起了高大的建筑，那么這一個中間為什么要在水泥中間加鋼筋呢？那么如果加竹子行不行呢？那么很多同學(xué)肯定會說竹子的硬度不夠，其實這一個中間關(guān)鍵不是硬度的問題，它是什么問題呢？主要是兩者的膨脹系數(shù)不一樣，什么意思呢，比如說建筑它白天溫度肯定要高一些，晚上溫度要低一些，那么我們都知道物質(zhì)是熱脹冷縮，而鋼筋和水泥的膨脹系數(shù)是一樣的，也就是說膨脹的時候兩者是大致一致

8、的，收縮的時候也是大致一致的，比如我們剛才提到的，如果用竹子那后果是什么呢？兩者的膨脹系數(shù)不一樣，熱脹的時候，鋼筋膨脹的大一些，竹子膨脹的小一些，收縮的時候，水泥收縮少一些竹子收縮多一些，那么最終的結(jié)果大家想一下是什么？就是散架了，兩者根本就粘不上，就散架了；不知道大家有沒有聽過這樣的說法，200號水泥、300號水泥，400號水泥，那么大家知不知道這個水泥的號是什么意思，它指的是每平方厘米所受的力。比如200號水泥就是建筑建好以后，每平方厘米可以承受200公斤的力就叫200號水泥。大家看到的水泥一般是灰黑的或者灰白的，那么其實現(xiàn)在還出現(xiàn)了一些彩色的水泥，比如說裝飾的時候需要其他的顏色，那么這個

9、中間就是在水泥中加了一些金屬氧化物就得到了彩色的水泥，這就是我們講的第一點水泥，再看一下第二點玻璃。【板書】玻璃：（1）玻璃的生產(chǎn)原料純堿、石灰石和石英（2）生成過程  Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫高溫 【講述】日常生活中，玻璃已經(jīng)是相當?shù)钠毡榈?，很多用到的一些日常生活用品或者一些裝飾品都是玻璃做的，應(yīng)該這樣說，玻璃的出現(xiàn)改變了化學(xué)發(fā)展的進程，為什么呢？大家看一下化學(xué)的實驗儀器都是用玻璃做的，因為它有一個優(yōu)點，易于操作而且便于觀察現(xiàn)象，那么大家看一下，很多玻璃都是晶瑩剔透的，那么這個玻璃它是怎樣制備的呢，我們來看下

10、普通玻璃的原料，普通玻璃的原料也很普通，應(yīng)該有這幾種，有純堿、石灰石和石英，那么在這一過程中，在制備過程中發(fā)生的反應(yīng)，就是將這幾者放到玻璃窯中燒，同樣發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式是這樣的，所以大家看一下，普通玻璃它的主要成分有硅酸鈉、硅酸鈣還有過量的二氧化硅，我們上節(jié)課說了用氫氟酸來雕刻玻璃，原因就是其中有二氧化硅的存在。那么我們再看一下，我們經(jīng)常見到的玻璃都是透明的但有些玻璃是略帶淺綠色的，它是什么原因呢？那么這個淺綠色的玻璃是怎樣制得的呢？應(yīng)該說這個淺綠色的玻璃它其中含有亞鐵離子，在制備過程中就引入了亞鐵離子，所以看到的玻璃是一種淡淡的淺綠色，那也有一些是無色透明的玻璃，它就是在這

11、一種淡綠色的玻璃中間加入了二氧化錳，可能大家就奇怪了，二氧化錳它不是黑色的嗎？它是兩者加進去之后，在玻璃窯中就發(fā)生反應(yīng)，由于二氧化錳具有較強的氧化性，就把亞鐵離子氧化到三價鐵離子，就成了一種棕黃色的，而錳正四價就被還原到正三價，是紫色的，棕黃色和紫色以及其它的顏色的合色綜合起來就得到了無色的。當然大家還可以見到一些比如說綠色的玻璃，藍色的應(yīng)該說是藍色玻璃，藍色玻璃就是在普通玻璃中間加進去了三氧化二鈷，比如我們焰色反應(yīng)用到的藍色鈷玻璃。那么有沒有同學(xué)知道玻璃最早是哪個國家發(fā)現(xiàn)的，最早源于哪個國家，（最早源于埃及，因為埃及的一些湖上面湖旁邊有天然堿，當然湖邊還有一些沙子，有時候在岸邊燒火，燒完之后

12、就發(fā)現(xiàn)有些晶瑩剔透的東西，然后通過長期的摸索就發(fā)現(xiàn)了玻璃，玻璃早期只用于裝飾品，到后來才慢慢的進入尋常百姓家，這一些是普通玻璃；我們再給大家一起介紹一下另外的幾種玻璃，比如說鋼化玻璃，比如汽車的擋風(fēng)玻璃就是鋼化玻璃，鋼化玻璃有一個什么樣的特點呢？一個它的硬度是普通玻璃的4到6倍，而且它破了之后沒有棱（leng）角，比如說普通玻璃打碎了之后有很多邊邊角角會割手，但是鋼化玻璃破了之后這個角是圓的沒有棱角，那么鋼化玻璃是怎么得到的呢？鋼化玻璃和普通玻璃在成分上是完全一致的，它是將普通玻璃加熱到接近熔化的狀態(tài)，然后迅速的冷卻就成了鋼化玻璃，再比如說光學(xué)玻璃（能改變光的傳播方向，并能改變紫外、可見或紅外

13、光的相對光譜分布的玻璃），它在成分上和普通玻璃是不一樣的，它主要成分是硅酸鉀、硅酸鉛以及石英，還有防彈玻璃（由玻璃（或有機玻璃）和優(yōu)質(zhì)工程塑料經(jīng)特殊加工得到的一種復(fù)合型材料），還有玻璃纖維（在特制的工具中拉成極細的細絲）、玻璃鋼等等。這就是第二點玻璃，我們再介紹一下第三點陶瓷。【板書】陶瓷：講述陶瓷其實它很簡單，就是以黏土為原料經(jīng)高溫燒結(jié)而成，中國應(yīng)該說是陶瓷的故鄉(xiāng)，中國的陶瓷馳名世界，英文“China”即指(中國)一詞又指“瓷器”，這反映了在西方人眼里中國是“瓷器故鄉(xiāng)”。我國素有“瓷都”之稱的地方是江西景德鎮(zhèn)，江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄qìn

14、g?！倍K宜興素有陶都之稱。陶瓷是陶器和瓷器的總稱，因陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。下面我們來看一下陶瓷器制造過程。【拓展與遷移】(屏幕顯示)結(jié)合圖片介紹陶瓷的制作工序?！具^渡】古陶瓷對人類文明起了重要的作用，隨著科技的發(fā)展，不斷研究出具有優(yōu)異性能的新型陶瓷。比如高溫超導(dǎo)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。板書3、新型陶瓷 高溫超導(dǎo)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷【講述】 大家看一下課本79頁的科學(xué)視野，找一下新型無機非金屬材料有哪些特征？【投影板書】新型無機非金屬材料的特征： （1）耐高溫、強度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)； （3）具有光學(xué)性質(zhì)；

15、（4）具有生物功能；【講述】 下面我們來看幾種陶瓷，氧化鋁陶瓷也就是人造剛玉，氧化鋁透明陶瓷管，高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的，平均壽命比較長，比高壓汞燈壽命長2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長的燈。再看一下用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷做的發(fā)動機葉片。 硅單質(zhì)上節(jié)課我們詳細的介紹了，在來簡單的看一下，我們先來看一下硅的物理性質(zhì)；與碳相似，單質(zhì)硅也有晶體和無定形兩種，在自然界中，沒有游離態(tài)的硅存在，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，它是帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高、硬度大，在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑；下面我們在來看一下硅的化學(xué)性質(zhì)，它可以在加熱的條件下可以和氧氣發(fā)生反應(yīng)，它也可以與氟發(fā)生反應(yīng)生成四氟化硅

16、，可以和鎂在加熱的條件下生成硅化鎂，它與很多酸都不反應(yīng)，但它也很特別，它與氫氟酸在常溫下就可以反應(yīng)，反應(yīng)生成四氟化硅和氫氣，硅還可以與堿發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣。我們經(jīng)常會說到，純硅可以制一些比如說半導(dǎo)體或者其他一些材料，那純硅是如何制備的，原料還是用的二氧化硅，4、硅單質(zhì)（1）物理性質(zhì)（2）化學(xué)性質(zhì)Si+O2=加熱=SiO2Si+4F2=SiF4（常溫）Si+2Mg+加熱=Mg2SiSi+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2（3）硅單質(zhì)的制備2C+ SiO2= Si+2CO高溫粗硅：往粗硅加入氯氣，得到了是液態(tài)的四氯化硅 Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl 四氯化硅在氫氣的條件下制得純凈的單質(zhì)硅。用途很廣泛，如集成電路、計算機芯片等以及太陽能電池板都用到硅。課堂小結(jié)這節(jié)課我們主要講了硅酸鹽（硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱），一般把它改寫成氧化物的形式，再就是講