无机非金属材料的主角硅课时课件

4 非金属及其化合物 -2- 4.1 4.1 无机非金属材料的主角硅 （第（第1 1课时）课时） -3- 【学习目标学习目标】 【重点难点重点难点】 1、了解硅的重要化合物的主要性质，认识硅及其化合 物的主要用途。 2、联系生产生活实际，培养学生对知识的迁移能力。 重点：二氧化硅的性质 难点：硅酸盐的丰富性和多样性。 -4- 4 4 非金属及其化合物非金属及其化合物 4.14.1无机非金属材料的主角硅 -5- 纯硅高纯硅 高纯度的硅具有良好的半导体材料，是信息产业的重要材料！ -6- 岩石 -7- 科学视野科学视野 沙子 土壤 -8- 科学视野科学视野 硅是一种亲氧元素！ 纯硅 硅的氧化物 （SiO2) 硅酸盐 （Na2SiO3等) 自然界 -9- 1、二氧化硅（SiO2） SiO2 （硅石 ） 结晶形 无定形 石英 晶体 玛瑙（彩色 ） 硅藻土 水晶（无色透明） 二、二氧化硅和硅酸 （1） SiO2的存在形态 （规则几何形状） -10- 晶体二氧化硅 无定形二氧化硅 晶 沙子 -11- 水晶，玛瑙制品 -12- 思考思考交流交流 二氧化硅的用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然 界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。 玻璃制品 石英坩埚 -13- 石英光导纤维石英光导纤维 用光导纤维做手术，不用开刀用光导纤维做手术，不用开刀 二氧化硅的用途 光学纤维胃镜光学纤维胃镜 -14- 交流交流研讨研讨 透过图片思考: 二氧化硅具有哪些物理性质? 化学稳定性如何? 你的根据是什么? SiO2的这些性质是由什么决定的？ -15- 不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。1. 物理性质 ： 思考思考交流交流 的 晶 体 结结 构 （网状） 2. 化学性质： 稳定 SiO2 结结构决定性质质 -16- 二氧化硅和二氧化碳的晶体结构比较 CO2的晶体结结构SiO2的晶体结结构 Si:O = 1:2 注意： SiO2不是分子构成的，而是 由原子直接构成 CO2由分子直接构成的！ -17- 2. 化学性质：稳定 思考：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮 塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？ 明确：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。 实验实验探究探究 -18- CO2 + 2NaOH =Na2CO3 + H2OSiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O (1) 与碱反应 (5) 与酸反应 SiO2 + 4HF=SiF4 + 2H2O不反应 (2) 与碱性氧化物 反应 (4) 与水反应 CO2 + H2O =H2CO3 不反应 2. 化学性质：稳定 酸性氧化物:与碱反应生成 盐和水 SiO2 + CaO =CaSiO3 （特性） (3) 与碳反应 SiO2 + C = Si+2CO 高温 CO2 + C = 2CO 高温 CO2 + CaO =CaCO3 高温 -19- 牢记！牢记！ SiO2化学性质特性 特性： （与氢氟酸反应） （用于雕刻玻璃） （用于工业制粗硅，这就是“从沙滩到用户” ） 高温 弱氧化性 -20- 随堂练习 -21- 探究实验4-1 3-5 mL硅酸钠溶液 1-2滴酚酞 稀盐酸 先 后 二、硅酸 实验实验探究探究 -22- 现 象 结 论 化学方 程式 离子方 程式 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 a.Na2SiO3溶液呈碱性; b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸； c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶; d.静置则形成硅酸沉淀。 滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变 浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。 实验实验探究探究 （强酸制弱酸） -23- 实验实验探究探究 问题1：怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？ 硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何 呢？请你设计一个实验论证你的推断。 问题2： 可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸 Na2SiO3 + CO2+H2O = Na2CO3 + H2SiO3 -24- 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸 干胶，称为“硅胶”。常常用做干燥剂。 用途 -25- 一、SiO2 结构特点 物理性质 化学性质 用 途 二、H2SiO3 物理性质 化学性质 用 途 实验室制法 小 结小 结 -26- 本节课学习了哪些知识和学习方法？ 通过本节课的学习你有哪些收获或感想？ 小 结小 结 不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱） 制法：SiO32- + 2H+= H2SiO3 SiO32- + H2O +CO2 =H2SiO3+ CO32- H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O 性质： -27- 二氧化碳 二氧化硅 状 态 物理性质 化 学 性 质 与水 与碱 与碱 性氧 化物 与酸 用 途 二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较 CO2+H2O=H2CO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3 不反应 SiOSiO 2 2 2NaOH2NaOH = NaNa 2 2 SiOSiO 3 3 HH 2 2 OO 固 态 熔沸点低 气 态 熔沸点高、硬度大 SiOSiO 2 2 4HF=SiF4HF=SiF 4 4 2H2H 2 2 OO 人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤等 高温 -28- 1、初步了解硅酸盐的重要用途及组成。 2、掌握硅的物理性质和重要用途。 3、掌握硅酸钠的化学性质。 【学习目标学习目标】 【重点难点重点难点】 硅酸盐的重要用途及组成,硅的物理性质和重 要用途，硅酸钠的化学性质。 -29- 4.1 4.1 无机非金属材料的主角硅 （第（第2 2课时硅酸盐和硅单质）课时硅酸盐和硅单质） -30- 科学视野科学视野 硅是一种亲氧元素！ 纯硅 硅的氧化物 （SiO2) 硅酸盐 （Na2SiO3等) 自然界 -31- 硅酸盐构成地壳岩石的主要成分 -32- 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总 称；硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数不溶 于水，化学性质稳定。 1、硅酸盐 硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。 -33- 常见硅酸盐矿物常见硅酸盐矿物 镁橄榄石：Mg2SiO4 长石：KAlSi3O8 蛇纹石：H4Mg3Si2O9 -34- 硅酸盐硅酸盐结构复杂、种类繁多，通常用 二氧化硅和金属氧化物的形式表示其 组成。例如： Na2SiO3 : Na2O SiO2 CaSiO3 : CaO SiO2 镁橄榄石：Mg2SiO4镁橄榄石：2MgO.SiO2 -35- l要领：各元素写成相应的氧化物， 化合价不变，元素守恒 l格式：金属氧化物、二氧化硅、水 (各氧化物前系数为最简整数比) l顺序：金属按活动顺序表 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅(SiO2 ) 水（H2O) 长石：KAlSi3O8 K2OAl2O36SiO2 -36- 用氧化物形式表示下列硅酸盐 ： 1.蛇纹石：H4Mg3Si2O9 2.钙长石：CaAl2SiO6 3.石棉：CaMg3Si4O12 4.普通玻璃：CaNa2Si6O14 1.3MgO2SiO22H2O 2.CaOAl2O3SiO2 3.CaO3MgO4SiO2 4.CaONa2O6SiO2 -37- 2、最简单的硅酸盐硅酸钠 （1）. 硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃 ，可制备硅胶、木材防火剂等。 实验探究2 取两条一样的干燥布条，分别放入蒸馏水和硅酸 钠饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干后，分别放置在 酒精灯外焰处。观察现象。 思考思考交流交流 放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液 现象 结论 燃烧无明火，不燃烧 Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂 -38- 探究实验4-1 3-5 mL硅酸钠溶液 1-2滴酚酞 稀盐酸 先 后 （2）、用硅酸钠制备硅酸实验实验探究探究 -39- 现 象 结 论 化学方 程式 离子方 程式 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 a.Na2SiO3溶液呈碱性; b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸； c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶; d.静置则形成硅酸沉淀。 滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变 浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。 实验实验探究探究 （强酸制弱酸） -40- 实验实验探究探究 问题1：怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？ 硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何 呢？请你设计一个实验论证你的推断。 问题2： 可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸 Na2SiO3 + CO2+H2O = Na2CO3 + H2SiO3 -41- 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸 干胶，称为“硅胶”。常常用做干燥剂。 用途 -42- SiO2 硅 硅酸盐 水玻璃：Na2SiO3 镁橄榄石：Mg2SiO4 钙长石：CaAl2SiO6 沙子 硅藻土 水晶 玛瑙 岩石 构 成 防火剂 制取硅酸 （硅胶） 其它：三大硅酸盐材料 水玻璃：Na2SiO3 -43- 无机非金属材料硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 3. 硅酸盐产品交流交流研讨研讨 -44- 硅酸盐产品简介 硅酸盐产品水泥 陶瓷玻璃 制造原料 黏土、石灰石、 石膏 黏土、石英砂 纯碱、石灰石、石 英 主要设备水泥回转窖玻璃窖 生产条件高温煅烧高温烧结高温熔融 主要成分 硅酸三钙、硅酸 二钙、铝酸三钙 复杂，主要是硅酸盐 硅酸钠、硅酸钙、 二氧化硅 生产共同点 都在高温下，发生了复杂的物理和化学变化，原料都有含硅的 物质，产品都含有硅酸盐，且都是混合物。 科学视野科学视野 -45- 种 类类特 性用 途 普通玻璃在较较高温度下易软软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等 石英玻璃 膨胀胀系数小，耐酸碱， 强度大，滤滤光 化学仪仪器；高压压水银银灯、 紫外灯等的灯壳；光导导 纤维纤维 、压电压电 晶体等 光学玻璃 透光性能好，有折光和 色散性 眼镜镜片；照相机、显显微 镜镜、望远镜远镜 用凹凸透镜镜 等光学仪仪器 玻璃纤维纤维 耐腐蚀蚀、不怕烧烧、不导导 电电、不吸水、隔热热、吸 声、防虫蛀 太空飞飞行员员的衣服、 玻璃钢钢等 钢钢化玻璃 耐高温、耐腐蚀蚀、强度 大、质轻质轻 、抗震裂 运动动器材；微波通讯讯器材; 汽车车、火车车窗玻璃等 几种特种玻璃 -46- 享有盛誉的中国古代陶瓷 -47- -48- 4、硅单质 （1） 存在：硅有晶体硅和无定形硅两种 。 （2） 物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石 ， 熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。 (3)化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼 导电性介于导体和绝缘体之间。 Si + O2 = SiO2 交流交流研讨研讨 -49- (4)用途 电脑的中央处理器（CPU） 硅太阳能电池 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。 交流交流研讨研讨 (5)制法 粗硅：SiO2 + 2C = Si(粗硅） + 2CO 高温 纯硅： Si(