【課件】無機(jī)非金屬材料++第二課時(shí)高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第一節(jié)無機(jī)非金屬材料第二課時(shí)1、掌握硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的性質(zhì)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)2、掌握制工業(yè)制取粗硅和高純硅的制備的完整流程。3、感受新型無機(jī)非金屬材料在社會(huì)主義建設(shè)中的重要作用，新型無機(jī)非金屬材料對(duì)生活的改變。在美國舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。

硅在電子工業(yè)中重要作用硅芯片硅太陽能電池新課引入新型無機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，常見類型有兩類。1、高純度的含硅元素的材料：2、一些含碳、氮元素的物質(zhì)：新知探究一、新型無機(jī)非金屬材料概述如單晶硅(Si)、二氧化硅(SiO2)等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料。如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。溫故知新硅元素的“位——構(gòu)——性”硅原子結(jié)構(gòu)及在周期表中的位置：第三周期第ⅣA族既不容易得到4個(gè)電子，也不容易失去4個(gè)電子。硅元素的最高價(jià)態(tài)為+4，最低價(jià)態(tài)為-4。常見的化合價(jià)及相應(yīng)化合物有：硅原子形成的化學(xué)鍵類型結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)共價(jià)鍵硅—統(tǒng)治無機(jī)礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。碳—統(tǒng)治有機(jī)界：碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素。SiH40Si+4Si02H2SiO3SiO32--42、物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)類似金剛石；1、

硅元素的存在硅元素含量在地殼中居第二位。硅是親氧元素，在自然界中沒有游離態(tài)，主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在。新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性。為硬而脆的灰黑色固體,熔點(diǎn)（1410）高,硬度大；Si+2F2==SiF4

Si+2F2=SiF4↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能與氟氣(F2)、氫氟酸(HF)、強(qiáng)堿(NaOH)溶液反應(yīng)，加熱可與一些非金屬單質(zhì)(Cl2、O2、C)反應(yīng)。3、化學(xué)性質(zhì)加熱

Si+O2=SiO2Si+C=SiC(金剛砂)高溫Si+4HF=

SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2=SiCl4加熱新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(1)常溫下與氟氣(F2)、氫氟酸(HF)、強(qiáng)堿(NaOH)溶液反應(yīng)(2)加熱或高溫下與Cl2、O2、C反應(yīng)改寫成離子方程式與唯一酸反應(yīng)置換出H2的非金屬單質(zhì)與唯一堿反應(yīng)生成H2的非金屬單質(zhì)4、用途高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。①利用其半導(dǎo)體性能可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和家用電器等的芯片；硅太陽能電池硅芯片新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)②可以制成光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車等的硅太陽能電池。5、單晶硅的制備①工業(yè)制取粗硅②高純硅的制備的完整流程SiO2＋2CSi＋2CO↑

===高溫不是CO2！粗硅新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)過量碳與硅反應(yīng)生成的SiCSi+C=SiC(金剛砂)高溫4、單晶硅的制備②高純硅的制備的完整流程：資料卡片工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。石英砂焦炭HClH2粗硅SiHCl3高純硅1800-2000℃300℃1100℃新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃【思考與討論：】工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？提示：氧化性、還原性的強(qiáng)弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強(qiáng)弱。由于該反應(yīng)有CO脫離體系，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。SiO2+2C

========Si+2CO↑1800~2000℃周期表實(shí)際是氧化性C>Si新知探究1、存在硅石結(jié)晶形：石英無定形水晶瑪瑙……紫水晶瑪瑙新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)煙水晶熔沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水2、物理性質(zhì)SiO2是二氧化硅的化學(xué)式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子，它是原子晶體【思考】為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)有這么大的差別？結(jié)構(gòu)不同新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)=1:2Si原子和O原子比例3、二氧化硅的用途①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學(xué)儀器和光導(dǎo)纖維的基本原料；③水晶、石英和瑪瑙可制作飾品和工藝品；④水晶用來制造電子工業(yè)中的重要部件。新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O4、

化學(xué)性質(zhì)③與HF反應(yīng)——唯一能與SiO2反應(yīng)的酸用途：刻蝕玻璃①酸性氧化物②弱氧化性與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O=Na2SiO3高溫與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理SiO2+2C=Si+2CO↑高溫用途：制粗硅新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)【玻璃雕刻步驟】了解在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟【思考】1、為什么實(shí)驗(yàn)室中盛放堿液的試劑瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？2、實(shí)驗(yàn)室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)注意：實(shí)驗(yàn)室用塑料瓶來盛裝HF。對(duì)比CO2和SiO2二氧化碳二氧化硅水堿堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)SiO2+CaO=CaSiO3高溫HFSiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反應(yīng)碳CO2+C=2COSiO2+2C====Si+2CO↑高溫碳酸鹽SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O從組成上來分析，不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系。1、特性和功能：在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。2、典型實(shí)例：碳化硅（SiC）（俗稱金剛砂）其中的碳和硅通過共價(jià)鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大。

性能：①硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料；②具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。新知探究三、新型陶瓷3、其它新型陶瓷：閱讀

科學(xué).技術(shù).社會(huì)壓電陶瓷——主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等。透明陶瓷——主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好，用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測(cè)器等。超導(dǎo)陶瓷——在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療及磁懸浮技術(shù)。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷——一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能。更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。新知探究三、新型陶瓷碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別提示：碳納米材料(富勒烯、石墨烯等)、金剛石、石墨都是碳的同素異形體，它們具