高中化學(xué)必修《硅》

1、LOGOLOGO第四章非金屬及其化合物L(fēng)OGOLOGO第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角 硅硅你知道美國的硅谷嗎？你知道美國的硅谷嗎？Silicon vallyLOGOLOGOSi元素在地殼中的含量排在第幾位？元素在地殼中的含量排在第幾位？LOGOLOGO在地殼中硅的含量為在地殼中硅的含量為26.3%26.3%，僅次于，僅次于氧氧。硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的90%90%以上。在無機(jī)非金屬材料中，硅一以上。在無機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演中主要角色直扮演中主要角色LOGO

2、LOGO原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)思考思考1 1：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？Si最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？正四價(jià)（+4價(jià)）碳碳是構(gòu)成有機(jī)物是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素的主要元素硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素多礦物的主要元素Si在自然界中沒有游離態(tài)的形式存在LOGOLOGO（1 1）存在形式：）存在形式：一、二氧化硅一、二氧化硅 SiO2地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的 ，其存在形態(tài)有 和 1

3、2結(jié)晶型無定形LOGOLOGO結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無定形無定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙1 1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiOSiO2 2 ）(1)(1)存在存在: : 天然的天然的SiOSiO2 2稱為硅石稱為硅石硅石硅石無色透明無色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇OGOLOGO水晶水晶LOGOLOGO瑪瑪 瑙瑙瑪瑙瑪瑙LOGOLOGOSiO 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu).SiO2原子晶體原子晶體LOGOLOGOSiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定因此性質(zhì)很穩(wěn)定 LOGOLOGOLOGOLOGO二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅

4、二氧化硅 SiOSiO2 2化學(xué)式化學(xué)式的意義的意義狀狀 態(tài)態(tài)硬硬 度度熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)相同點(diǎn)相同點(diǎn)表示二氧化碳分表示二氧化碳分子及其組成子及其組成表示二氧化硅晶體中表示二氧化硅晶體中硅氧原子個(gè)數(shù)比硅氧原子個(gè)數(shù)比氣氣 態(tài)態(tài)固固 態(tài)態(tài)很小很小很大很大能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水很很 低低很很 高高二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)對(duì)比 都屬酸性氧化物都屬酸性氧化物水水 溶溶 性性LOGOLOGO活動(dòng)與探究 為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)有這有這么么大的差別？大的差別？是結(jié)構(gòu)上的不同是結(jié)構(gòu)上的不同LOGOLOGOLOGOLOGO4 4、化學(xué)性質(zhì)（不活潑）：、化學(xué)性質(zhì)（不

5、活潑）：（a a）常溫與氫氟酸（）常溫與氫氟酸（SiOSiO2 2很不活潑，很不活潑，HFHF是唯一能跟是唯一能跟其反應(yīng)的酸）其反應(yīng)的酸）玻璃中含有SiO2，所以可以用，所以可以用HF來刻蝕玻璃來刻蝕玻璃SiO2 不溶于水，不與水反應(yīng)LOGOLOGO高溫（b)b)酸性氧化物酸性氧化物的特性：的特性：與與堿性氧化物堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)與與強(qiáng)堿強(qiáng)堿反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與與某些鹽某些鹽反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2 + CaO = CaSiO3高溫（有粘性，其溶液俗稱水玻璃）有粘性，其溶液俗稱水玻璃）高溫SiO2既能跟酸反應(yīng)，又能跟堿反應(yīng)，但不是兩性氧化物注意：LOGOLOG

6、OLOGOLOGO二氧化硅(SiOSiO2 2）二氧化(COCO2 2)物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)高、硬度大熔沸點(diǎn)低硬度小與水反應(yīng) 與堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與酸反應(yīng) 與碳反應(yīng)高溫高溫高溫高溫高溫高溫不反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO= CaSiO3CO2+CaO= CaCO3SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反應(yīng)SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2COLOGOLOGO5 5、用途、用途由于由于SiOSiO2 2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiOSiO2 2在自然界的廣在

7、自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。LOGOLOGOLOGOLOGO石英制品LOGOLOGO用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做無開刀手術(shù)無開刀手術(shù)光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈通信用光纜光學(xué)纖維胃鏡LOGOLOGO水晶水晶石英、瑪瑙石英、瑪瑙LOGOLOGO二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，通訊

8、、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3 3萬門電話。萬門電話。 LOGOLOGO練習(xí)練習(xí)下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的是（是（ ）紅寶石紅寶石 瑪瑙瑪瑙 鉆石鉆石 石英晶體石英晶體硅硅石石 水晶水晶 大理石大理石 金剛砂金剛砂 硅藻硅藻土土 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 LOGOLOGO 現(xiàn)象現(xiàn)象 結(jié)論結(jié)論 反應(yīng)式反應(yīng)式 二.硅酸 (H2SiO3)制備制備: :可溶性硅酸鹽可溶性硅酸鹽（如（如Na2SiO3）與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)LOGOLOGO2 2、用、用H H2 2COCO3 3也可制得也可制得H H2 2SiOS

9、iO3 3 ，可證明，可證明H H2 2SiOSiO3 3 的酸的酸性比性比H H2 2COCO3 3弱。弱。SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3（膠體）（膠體） Na2SiO3 + H2O + CO2 （適量）（適量）= Na2CO3 + H2SiO3（膠體）（膠體）一、制備方法1 1、可溶性硅酸鹽、可溶性硅酸鹽（如（如NaNa2 2SiOSiO3 3）與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)SiO32- + 2H+= H2SiO3（膠體）（膠體）LOGOLOGO硅酸是一種硅酸是一種白色粉末狀白色粉末狀的的固體固體，它的溶解度它的溶解度小；是一種弱酸，不能使指示劑變色小；是一種弱酸，

10、不能使指示劑變色2、物理性質(zhì)硅酸凝膠硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅得到多孔的硅酸干凝膠，稱酸干凝膠，稱為為“硅膠硅膠”。LOGOLOGO3 3、硅酸化學(xué)性質(zhì)硅酸化學(xué)性質(zhì) 與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng) 不穩(wěn)定（比不穩(wěn)定（比H H2 2COCO3 3穩(wěn)定），受熱易分解穩(wěn)定），受熱易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2OLOGOLOGO三、硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱屬元素組成的化合物的總稱 LOGOLOGO 最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（NaNa2 2

11、SiOSiO3 3），俗稱），俗稱泡花堿；泡花堿；其水溶液俗稱為其水溶液俗稱為水玻璃水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火劑等。，可用作肥皂填料、木材防火劑等。放入蒸餾水放入蒸餾水現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后，水份蒸發(fā)后，失去防火作用失去防火作用防火效果好防火效果好用作防火劑用作防火劑 P77 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-22、硅酸鈉 Na2SiO3LOGOLOGO花崗巖LOGOLOGO長長石石LOGOLOGO云母石LOGOLOGO滑滑石石LOGOLOGO石石棉棉LOGOLOGO高嶺土高嶺土LOGOLOGO粘土粘土LOGOLOGO3 3 硅酸鹽的表示方法硅

12、酸鹽的表示方法用用氧化物氧化物的形的形式表示式表示 LOGOLOGO用氧化物形式表示硅酸鹽的組成 硅酸鈉硅酸鈉Na2SiO3 _ _ 硅酸鈣硅酸鈣CaSiO3_ 高嶺石高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正長石正長石KAlSi3O8_CaO SiO2LOGOLOGO練習(xí)：練習(xí)：如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽石棉：石棉：CaMg3Si4O12普通玻璃：普通玻璃： CaNa2Si6O14鈣沸石：鈣沸石：Ca(Al2Si3O10) 3H2OCaO3MgO4SiO2CaONa2O6SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2OLOGOLOGO4、硅酸鹽工業(yè)、硅酸鹽

13、工業(yè)4 4、硅酸鹽工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)LOGOLOGO原料：條件：黏土黏土高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié)LOGOLOGO景德鎮(zhèn)陶瓷LOGOLOGO原料：原料：設(shè)備：設(shè)備：條件：條件：主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：主要成份：主要成份：高溫高溫純堿、石灰石、石英純堿、石灰石、石英硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鈉、硅酸鈣、高溫熔融高溫熔融玻璃窯玻璃窯LOGOLOGOLOGOLOGO加入了不同的金屬氧化物金屬氧化物普通玻璃加熱接近熔熔化化再急速冷卻急速冷卻LOGOLOGO原料：原料：設(shè)備：設(shè)備：條件：條件：主要成份：主要成份：水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏煅燒煅燒硅酸三鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等

14、鋁酸三鈣等硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGO其它重要硅化物nSiCn硅鋼硅鋼（4硅）n硅橡膠硅橡膠（金剛砂）LOGOLOGO傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型無機(jī)非金屬材料：新型無機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等LOGOLOGO1 1、存在形式、存在形式自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài)自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài)單質(zhì)硅分為晶型和無定形單質(zhì)硅分為晶型和無定形2

15、 2、分布、分布自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。LOGOLOGO單質(zhì)硅有晶體和無定形體，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛單質(zhì)硅有晶體和無定形體，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，石類似，灰黑色、有金屬光澤灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。、硬而脆的固體。熔沸點(diǎn)高，硬度大，熔沸點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。難溶于水。硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種重要的重要的半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料。材料。LOGOLOGO（1 1）與氟氣反應(yīng)：）與氟氣反應(yīng)：（2 2）與氫氟酸反應(yīng)：

16、）與氫氟酸反應(yīng)：（3 3）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：（4 4）與氯氣反應(yīng)：）與氯氣反應(yīng)：（5 5）與氧氣反應(yīng)：）與氧氣反應(yīng)：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2= SiCl4Si+O2=SiO24、化學(xué)性質(zhì)：常溫下反應(yīng)加熱條件LOGOLOGO5 5、硅的制備：、硅的制備：反應(yīng)的方程式：反應(yīng)的方程式：SiO2+2C=Si+2CO高溫高溫 工業(yè)上，用工業(yè)上，用碳在高溫下還原二氧化硅碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制的方法可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅。得含有少量雜質(zhì)的粗硅。制高純度的硅（精硅）的方法：制高純度的硅（精硅

17、）的方法：（1 1）用氯氣提取粗硅中的硅）用氯氣提取粗硅中的硅（2 2）用氫氣還原四氯化硅得高純度的硅）用氫氣還原四氯化硅得高純度的硅高溫高溫（常溫下呈液態(tài)）LOGOLOGOLOGOLOGO硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽能電池，制鋁硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。合金、鐵合金等多種合金。硅硅芯芯片片LOGOLOGO太陽能電池太陽能電池大規(guī)模集成電路LOGOLOGO 在美國舊金山，有個(gè)最大的高科技工在美國舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷

18、硅谷”，它是現(xiàn)代電子，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以以硅硅為為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。 硅在硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中重要作用中重要作用LOGOLOGO1、要除去SiO2中混有的少量CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是 （ ） A. 純堿溶液 B. 鹽酸 C. 硫酸 D. 苛性鈉溶液B2、常溫下，能跟硅反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.燒堿溶液 B.濃硫酸 C.濃硝酸 D.氫氟酸A D3、下列物質(zhì)中，不能用玻璃瓶來盛裝的是（ ）A. 燒堿溶液 B. 濃硫酸 C. HF氫氟酸 D. 碳酸鈉溶液CLOGOLOGO4 4、為確認(rèn)、為確認(rèn)HClHCl、H H2 2COCO3 3、H H2 2SiOSiO3 3的酸性強(qiáng)弱，有人設(shè)計(jì)的酸性強(qiáng)弱，有人設(shè)計(jì)用如右圖裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的（不必再選用其它用如右圖裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的（不必再選用其它酸性溶液）。請(qǐng)依據(jù)此實(shí)驗(yàn)填空：酸性溶液）。請(qǐng)依據(jù)此實(shí)驗(yàn)填空：（1 1）錐形瓶內(nèi)