高中化学 4.1 无机非金属材料的主角 硅课件4 新人教版必修1.ppt

第一节无机非金属材料的主角 硅 美国的硅谷 斯坦福科研工业区 是美国电子和计算机工业中心 位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊 圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长 公里 宽 公里的长条形地带上 由于它集中了全世界 0 以上的著名半导体公司 而半导体的基本元件是硅片 所以该地区被称为 硅谷 硅谷siliconvalley 1 画出碳和硅的原子结构示意图 分析 既不易失电子 又不易得电子 主要形成四价的化合物 硅元素 si 硅在自然界的存在形态 没有游离态 只有化合态 以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中 2 硅元素在自然界中的存在 常温下 单质碳 硅的化学性质都不活泼 为什么碳在自然界中有稳定的单质 金刚石 存在 而硅却没有 说明了什么 阅读 课本p74 1 存在 硅石 12 结晶形 石英 无定形 沙子 水晶 玛瑙 阅读课本p75 一 二氧化硅 2 用途 3 物理性质 固体 1610 2230 不溶 大 si o 4 二氧化硅的晶体结构 课本p75 四面体结构 每个si接4个o 每个o接2个si 是由si和o按1 2的比例所组成的立体网状结构的晶体 5 化学性质 性质稳定 不活泼 sio2 cao casio3 sio2 2naoh na2sio3 h2o 高温 1 是酸性氧化物 na2sio3可溶于水 其水溶液俗名水玻璃 是一种矿物胶 a 与强碱生成硅酸盐和水 b 与碱性氧化物生成盐 2 难溶于水 不与水反应 4hf sio2 sif4 2h2o 3 sio2的特性 与氢氟酸 hf 反应 用途 雕刻玻璃 讨论 1 为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞 玻璃中含sio2 2 实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸 用塑料瓶保存氢氟酸 1 向饱和na2sio3溶液中滴入酚酞 再滴入稀盐酸 滴入酚酞溶液呈红色 na2sio3呈碱性 na2sio3 2hcl h2sio3 2nacl 滴入盐酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水 二 硅酸 h2sio3 2 把稀硫酸加入到na2sio3溶液中 会有什么现象 滴入硫酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水 白色胶状沉淀 na2sio3 h2so4 h2sio3 na2so4 3 把二氧化碳通入到na2sio3溶液中 na2sio3 co2 h2o h2sio3 na2co3 结论 硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸 溶解度小 注 1 硅酸的制备 2 原硅酸 77实验 硅酸钠 水溶液俗称 水玻璃 具有粘性和阻燃性 用作肥皂填料 木材防火剂及胶粘剂等 三 硅酸盐 由硅 氧和金属组成的化合物的总称 观察现象并填写下表 木条先变干 后燃烧 木条变干 不燃烧 na2sio3的水溶液可用作木材的防火剂 2 硅酸盐组成的表示 课本p77 用金属氧化物 二氧化硅 水的化学式表示 钾云母 k2h4al6si6o24 k2o 3al2o3 6sio2 2h2o 3 硅酸盐产品及用途 陶瓷 玻璃 水泥 四 硅 si 硅有晶体硅和无定形硅两种 物理性质 1 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 2 熔 沸点高 硬度大 3 晶体硅是良好的半导体 化学性质 不活泼 常温下 硅的化学性质不活泼 除氢氟酸 氟气 强碱外不跟其他物质如 氧气 氯气 硫酸等起反应 但在加热情况下 硅也能跟一些非金属反应 3 硅的用途 集成电路 晶体管 硅整流器等半导体材料 还可以制成太阳能电池 硅的合金可用来制造变压器铁芯等 集成电路晶体管 1 sio2 2c si 2co 粗硅 若c过量 sio2 3c sic 2co 2 si 2cl2 sicl4 3 sicl4 2h2 si 4hcl 高纯硅 4 硅的制备 高温 高温 高温 高温 氧化剂 还原剂质量比 1 2 0 4 2 碳化硅 俗名 金刚砂 课本p78 玻璃 1 玻璃 原料 纯碱 石灰石 石英设备 玻璃窑条件 高温熔融主要反应 主要成份 硅酸钠 硅酸钙 二氧化硅 高温 sio2 caco3 casio3 co2 sio2 na2co3 na2sio3 co2 高温 玻璃 玻璃 有色玻璃 钢化玻璃 加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化再急速冷却 水泥 2 水泥 原料 黏土 石灰石 石膏设备 水泥回转窑条件 煅烧主要成份 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙等 陶器 瓷器 3 陶瓷 原料 黏土条件 高温烧结 描述景德镇的陶瓷有这样一句话 薄如纸 声如磬 色如玉 硅酸盐产品简介 新型无机非金属材料的优点 1 能承受高温 强度高 2 具有电学特性 3 具有光学特性 4 具有生物功能 玻璃刀 玻璃刀轮片 红宝石为轴的雷达表 人造金刚石锯片 新型无机非金属材料之一 高温结构陶瓷 压电陶瓷 79科学视野 新型陶瓷 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 新型陶瓷的用途之一 航天飞机的 防火衣 防热瓦 生产过程 使用硅土黏合剂将低密度非晶硅增强纤维粘合成长15cm 宽15cm 厚2 10cm的拱形瓦 经过高温烧结 再在表面涂上一层高温结构陶瓷 就成了一块防热瓦 防热瓦的优点 耐热 可承受 2000 防潮耐磨超群的隔热能力反射太阳光可重复使用 航天飞机 资料 两年半前 正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦 导致美国的 哥伦比亚 号返航时在空中解体 高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现 因为它具有耐高温 耐氧化 超强 超硬等优点 它可以在各种恶劣环境下使用 同时 也是制造汽车发动机 喷气发动机的理想材料 可以大大提高能源的利用率 可以使汽车跑得更快 飞机飞得更高 超导陶瓷 所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大 当金属的温度降低时 它的电阻减小 当温度降到 269 液氮温度 为4k 左右时 水银的电阻变为零 这种现象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界温度为77k 处于世界领先水平 超导陶瓷 生物陶瓷 这种陶瓷强度大 韧性好 与人体亲和力好 目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料 在这一领域我国处于世界领先水平 压电陶瓷 利用陶瓷 还可实现多种功能互换 如安放在打火机中的压电陶瓷 一经敲打即刻产生一个电火花 将机械能转变成电能 材料是社会发展和人类进步的一种标志 材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器 新材料的发现和它的广泛应用常常会带来社会生产的变革和新兴产业的出现比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命 china 瓷器 硅酸盐是由 和 元素组成的化合物的总称 硅酸盐是一类结构复杂的物质 一般都 化学性质 硅 氧 金属 不溶于水 稳定 阅读检测 盐化学式法 na2sio3 用氧化物的形式表示 na2o sio2 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水 硅酸盐的表示方法 写对应氧化物金属氧化物 二氧化硅 水 金属按活动顺序表 用 隔开 按原子个数比配置 分数化整注意 实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的 而是以种种结构复杂的盐的形式存在的 拆分步骤 k al3si3o10 oh 2 54 长石kalsi3o8 红柱石al2sio5 钙镁石榴子石ca3al2si3o12 镁橄榄石mg2sio4 最简单的硅酸盐 硅酸钠 硅酸钠的水溶液俗称 又称 可用作肥皂填料 黏胶剂 制备 及木材防火剂等 水玻璃 泡花碱 硅胶 水分蒸发后就燃烧 水分蒸发后不燃烧 滤纸易燃烧 na2sio3可作防火剂 实验4 2 滤纸易燃烧 立即燃烧 传统硅酸盐工业 1 玻璃 生产原理 纯碱 石灰石和石英 玻璃的生产原料 普通玻璃的成分 na2sio3 casio3和sio2组成的混合物 或na2o cao 6sio2 玻璃无固定的熔沸点 在一定温度范围内软化 玻璃的性能 各式各样的玻璃 万丈高楼平地起 穿针引线是水泥 湘乡水泥厂 硬水性 生产过程 黏土和石灰石 两磨 一烧 研磨 煅烧 再磨成细粉 硅酸三钙 3cao sio2 硅酸二钙 2cao sio2 混合物铝酸三钙 3cao al2o3 水泥的生产原料 普通硅酸盐水泥的成分 2 水泥 3 陶瓷 陶瓷具有抗氧化 抗酸碱腐蚀 耐高温 绝缘 易成型等许多优点 因此 陶瓷制品一直为人们所喜爱 家用陶瓷 隋带烧制的三彩陶骆驼 江西景德镇所烧制的瓷器 硅钢 导磁性 硅橡胶 既耐高温又耐低温保持良好弹性 分子筛 均匀微孔结构吸附剂 催化剂 新型无机非金属材料 新型陶瓷 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷等 科学视野 单晶硅 单晶硅发电 硅 si 硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 物性 化性 1 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体2 熔 沸点高 硬度大3 晶体硅是良好的半导体 常温下 硅的化学性质不活泼 除氢氟酸 氟气 强碱外不跟其他物质如 氧气 氯气 硫酸等起反应 但在加热情况下 硅也能跟一些非金属反应 1 与氟气反应 2 与氢氟酸反应 3 与强碱溶液反应 4 与氯气反应 5 与氧气反应 si 2f2 sif4 si 4hf sif4 2h2 常温 化学性质 制法 sio2 2c si 2co 高温 工业上 sio2 2c 2co si 含杂质的粗硅 si 2cl2 sicl4生成的液态sicl4经精馏 除硼 砷等 再用h2还原sicl4 2h2 4hcl si 纯度高的多晶硅 高温 高温 高温 用途 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 信息技术的关键材料 在美国旧金山 有个最大的高科技工业园区 称之为 硅谷 它是现代电子工业和计算机发展的基地 这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用 以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏 高纯硅 硅在工业上的用途 硅在能源方面的用途 单晶硅电池板 晶体硅光电池 硅在航天方面的用途 第一架航天飞机 哥伦比亚号 能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温 全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳 哥伦比亚航天飞机 硅元素 单质硅 si f2si hfsi naoh 加热能与某些非金属单质反应 o2 cl2 作业 习题1 4 归纳总结 1 下列物质中属于纯净物的是 a na2co3 10h2ob 水泥c 纯净的盐酸d 普通玻璃 3 下列物质有固定熔点的是 a 水泥b 玻璃c na2o sio2d 水玻璃 2 下列叙述正确的是 a 酸均不能与酸性氧化物反应b 玻璃 陶瓷 水泥容器都不能贮存氢氟酸c 石灰抹墙 水泥砌墙过程的硬化原理相同d 石灰窑 玻璃熔炉出来的气体主要成分相同 a bd c 随堂练习 相应练习1 已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 现把11 5g钠和4 2g硅同时投入100g水中 在标况下可收集到h2多少l 提示 与si反应的naoh是过量的 解 na