無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅上課

1、第四章非金屬及其化合物,第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角 硅,Al-7.73%,O-48.60%,Si-26.30%,地殼中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼的90以上。,大規(guī)模集成電路,畫(huà)出硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖,分析： 既不易失電子，又不易得電子，主要形成四價(jià)的化合物。,硅元素,與誰(shuí)的結(jié)構(gòu)相似？,碳,硅是一種親氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。,一、二氧化硅和硅酸,（1）存在,硅石（12%）,結(jié)晶形：石英,無(wú)定形：硅藻土,水晶,瑪瑙,1、二氧化硅,石英,水晶,石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅，石英中無(wú)色透明的晶體就是通常所說(shuō)的水晶,紫水晶,薔薇石英

2、,茶水晶,黃水晶,瑪瑙,石英具有彩色環(huán)狀或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙。,沙子中含有小粒的石英晶體。沙子的主要成分就是SiO2,光導(dǎo)纖維,光纜,（2）二氧化硅的用途：,光導(dǎo)纖維 石英：耐高溫化學(xué)儀器、石英電子表、石英鐘 水晶：電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、 高級(jí)工藝品和眼鏡片 瑪瑙：精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品,光纖視頻,瑪瑙飾品,Si,O,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),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)決定性質(zhì)： SiO2的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大的固體； 不溶于水，純凈的SiO2晶體無(wú)色透明。,化學(xué)性質(zhì)：很穩(wěn)定（化學(xué)性質(zhì)很不活潑）。,思考,實(shí)驗(yàn)室中盛放堿液的試劑瓶與盛放

3、其它溶液的試劑瓶有何不同？為什么 ？,交流與研討,1.玻璃中含有SiO2，從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來(lái)分類， SiO2屬于哪類物質(zhì)？,2. SiO2可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？,與堿性氧化物反應(yīng)：,與堿反應(yīng) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,1、具有酸性氧化物的通性,SiO2的化學(xué)性質(zhì),化學(xué)性質(zhì)很不活潑，氫氟酸（ HF）是唯一可以與之反應(yīng)的酸。,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,玻璃中含有SiO2，所以可以用HF來(lái)刻蝕玻璃。,2、特殊性,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,3、弱氧化性,Si02高溫下與C作用可制取粗硅,2C+SiO2 Si

4、+2CO,高溫,SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較,CO2+H2O=H2CO3,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+Na2O=Na2CO3,SiO2+4HF=SiF4 +2H2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO2+ CaO = CaSiO3,高溫,酸性氧化物,與堿性氧化物反應(yīng),與堿反應(yīng),與水反應(yīng),與氫氟酸反應(yīng),1.地殼中含量第一和第二的兩種元素所形成的化合物不具有的性質(zhì)是（ ） A.熔點(diǎn)很高 B.與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸 C.可與燒堿反應(yīng)生成鹽 D.堅(jiān)硬,B,2.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

5、溶液,B,3.下列物質(zhì)中,主要成分不是SiO2的是（ ） A.金剛砂 B.瑪瑙 C.水晶 D.石英,A,2.硅酸( ),硅酸是一種固體，它不溶于水；是一種弱酸，不能使指示劑變色。,H2SiO3,硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。 常做干燥劑和催化劑的載體。,思考,二氧化硅難溶于水，又不與水反應(yīng)，那么，如何制得硅酸呢？,可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得,實(shí)驗(yàn)4-1：向飽和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸,滴入酚酞溶液呈紅色, Na2SiO3溶液呈堿性,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl,實(shí)驗(yàn)探究：,滴入鹽酸紅色變淺并消失，有透明凝膠產(chǎn)生,硅酸難溶

6、于水,知識(shí)拓展：,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，會(huì)有什么現(xiàn)象？,滴入硫酸有凝膠產(chǎn)生,硅酸難溶于水,Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4,活動(dòng)與探究：,硅酸是一種比碳酸還要弱的酸。請(qǐng)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器及藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱。,（2）硅酸的存在,硅酸濃度較小時(shí)易聚合形成硅酸溶膠 硅酸濃度較大時(shí)則形成硅酸凝膠 硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠， 又稱為硅膠 ，吸附水分能力強(qiáng)， 常用作 干燥劑，也用作催化劑的載體,1.硅酸的制備,（1） SiO2不溶于水，不能和水化合生成酸,實(shí)驗(yàn)室通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸制得。,H2SiO3,硅膠泳帽,硅膠干燥劑

7、,不溶于水、不透水,耐腐蝕、穩(wěn)定,無(wú)味無(wú)毒,吸附水的能力強(qiáng),(1)是一種很弱的酸,酸性比碳酸還要弱,Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3,(2)不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定）受熱易分解：,(3)硅酸在水中的溶解度很小。,2.硅酸的性質(zhì),試劑 二氧化硅 氫氧化鈉溶液 氫氟酸 濃硫酸,試劑瓶 細(xì)口瓶，磨口塞 廣口瓶 細(xì)口塑料瓶 細(xì)口瓶，橡皮塞,1、實(shí)驗(yàn)室有幾種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎拧Ｕ?qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。,2、下列說(shuō)法正確的是（） ASiO2溶于水顯酸性 BCO2通入水玻璃(硅酸鈉的水溶液）可得硅酸 CSiO2是酸性氧化物，它不溶于

8、任何酸 DSiO2晶體中不存在單個(gè)SiO2分子,B D,3.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是（ ） A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水。 B.CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀 C.SiO2常溫下是固體，CO2常溫下是氣體 D.氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣 體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀,B,4.下列物質(zhì)的變化，不能通過(guò)一步化學(xué) 反應(yīng)完成的是（ ） A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2O2Na2CO3 D.SiO2H2SiO3,D,自然界中不存在單質(zhì)硅； SiO2具有酸性氧化物的通性；可與強(qiáng)堿、堿性氧化物反應(yīng)；可與氫氟酸反應(yīng)； 由于SiO2不

9、溶于水也不與水反應(yīng)，故硅酸通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得；硅酸的酸性比碳酸還弱。,硅酸鹽的一般特點(diǎn)： 一般不溶于水（除Na、K鹽外）,化學(xué)穩(wěn)定性高。 種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)成地殼的骨架。,二、硅酸鹽:由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。,長(zhǎng)石,滑石,石棉,高嶺土,黏土,Na2SiO3： Na2OSiO2 CaSiO3： CaOSiO2 長(zhǎng)石：K2OAl2O36SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O 玻璃：Na2OCaO6SiO2 水泥： 3CaOSiO2； 2CaOSiO2； 3CaOAl2O3,通常用氧化物的形式表示硅酸鹽組成。順序?yàn)椋?活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物SiO2 H2O,

10、練習(xí)：把鹽化學(xué)式寫(xiě)成鹽氧化物的形式： 蛇紋石：H4Mg3Si2O9 鈣長(zhǎng)石：CaAl2SiO6,蛇紋石：3MgO2SiO22H2O 鈣長(zhǎng)石：CaOAl2O3SiO2,通常用氧化物的形式表示硅酸鹽組成。順序?yàn)椋?活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物SiO2 H2O,硅酸鈉 （1）無(wú)色晶體，熔點(diǎn)高 （2）其水溶液俗稱水玻璃，溶液呈堿性 （3）硅酸鈉溶液易吸收空氣中的CO2，要密封保存,用途：,【實(shí)驗(yàn)42】,水份蒸發(fā)后燃燒,不易燃燒,用水玻璃浸過(guò)的物品可以防火,建筑工業(yè)和造紙工業(yè)用它做粘合劑。木材織物用水玻璃浸泡過(guò)好既防腐又不易著火。,陶瓷(China)：以黏土原料，高溫?zé)?硅酸鹽產(chǎn)品,水泥:以石灰石和

11、黏土為原料，高溫煅燒后，加適量石膏，磨成細(xì)粉,硅酸鹽產(chǎn)品,玻璃:以純堿、石灰石和石英為原料，高溫熔融 。普通玻璃: Na2OCaO6SiO2,硅酸鹽產(chǎn)品,金剛砂SiC,硅鋼,硅橡膠,生物陶瓷,其他含硅元素的物質(zhì),三、硅單質(zhì),1、存在：,2、物理性質(zhì)：,在自然界中，沒(méi)有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài)的硅。單質(zhì)硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種。,晶體硅是帶有金屬光澤的灰黑色固體，結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)(1410)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。,在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)可歸納為“親氟親堿”即常溫下可以和F2、HF、NaOH溶液反應(yīng)，但與O2、Cl2、H2SO4、HNO3都不反應(yīng)，所以常溫下硅單 質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不活潑,Si + O2 = SiO2 Si + 2 Cl2 = SiCl4,Si+2F2 = SiF4 Si+4HF = SiF4 + 2H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+ 2H2,常溫下,加熱時(shí),3、化學(xué)性質(zhì)：,晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料,硅太陽(yáng)能電池,硅芯片,用途：,1、用于制造硅芯片、集成電路等半導(dǎo)體器件； 2、制造太陽(yáng)能電池； 3、制造合金,Si,晶體結(jié)構(gòu),晶體硅、無(wú)定形,空間構(gòu)型：正四面體,物理性質(zhì),色：金屬光澤,態(tài)：灰黑色固體,熔點(diǎn)：高（1410） 硬度：大 質(zhì)脆,化學(xué)性質(zhì),常溫下不活潑，與HCl