41 无机非金属材料的主角—硅

4141 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅 两个推动人类文明的材料 最早使用的材料是陶 1958年集成电路 诞生核心元素 硅素 硅 4 2 4 14284 14284 62424第一节无机非 金属材料的主角 硅从原子结构认识硅碳 C 硅 Si 原子结构 示意图主要化合 原子结构示意图主要化合价教材P74氧化物硅酸盐 石灰岩碳酸盐碳的氧化物氧化物硅酸盐石灰岩碳酸盐碳的氧化物 4 2 4价主要存在形式Si无单质状态C有单质状态 2 碳和硅都是亲氧元素 但是硅的亲氧能力更强 碳和硅都是亲氧元素 但是硅的亲氧能力更强 1 硅和碳一样 其原子既不易失去电子 也不易得到电子 所以 硅和碳主要形成其原子既不易失去电子 也不易得到电子 所以硅 和碳主要形成四价化合物 C60碳的单质石墨金刚石石墨金刚石硅的氧化物及硅酸盐 1 二氧化硅 SiO2 1 存在存在石英 水晶 玛瑙 沙子等无定形二氧化硅 存在存 在石英 水晶 玛瑙 沙子等无定形二氧化硅 2 二氧化硅的结构科学视野教材P75 一 二氧化硅和硅酸 3 二氧化硅的用途 1 根据SiO2的存在和用途 请你分析以下问题 SiO2具有哪些物理性 质 化学稳定性如何 4 物理性质是一种坚硬难熔的固体 不溶于水 纯净的二氧化硅 无色透明 2 回忆CO2的化学性质 尝试推断SiO2化学性质 二氧化碳CO2二氧 化硅SiO2物质类别与碱性氧化物反应与碱反应物质类别与碱性氧化 物反应与碱反应都属于酸性氧化物CO2 CaO CaCO3CaO SiO2CaS iO3高温CO2 2NaOH Na2CO3 H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 5 化学性质与水反应CO2 H2O H2CO3不反应特性 能与氢氟 酸反应特性 能与氢氟酸反应SiO2 4HF SiF4 2H2O 不能与水反 应生成硅酸 讨论要除去SiO2中混有的少量CaO杂质 最适宜的试剂是杂质 最适 宜的试剂是 A 纯碱溶液B 盐酸C 硫酸D 苛性钠溶液B 2 硅酸 H2SiO3 H2SiO3是SiO2的对应水化物 SiO2是H2SiO3的酸 酐 是一种不溶性酸 是一种白色固体 其酸性比的酸酐 是 一种不溶性酸 是一种白色固体 其酸性比H2CO3还弱 滴入酚酞后溶液变为红色 再滴入稀盐酸 溶液由红色变浅至无色 同时有白色胶状物质产生 还弱 滴入酚酞后溶液变为红色 再滴入稀盐酸 溶液由红色变浅至无色 同时有白色胶状物质产生 a Na2SiO3溶液呈碱性 1取 制取 较强酸制较弱酸 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白色胶状 沉淀硅酸 可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的白色胶状沉淀硅酸 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 思考 分析以上制取原理 若将CO2通 入Na2SiO3溶液中有何现象溶液中有何现象 Na2SiO3 H2O CO2 Na2C O3 H2SiO3 H2SiO3 SiO2 H2O H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 2 化学性质硅酸是不溶于水的极弱酸 酸性弱于碳酸 不能使酸 碱指示剂变色 酸性弱于碳酸 不能使酸碱指示剂变色 3 用途 硅胶 常用做干燥剂 也可用做催化剂的载体 干燥硅胶湿硅胶硅胶干燥剂讨论将过量的CO2分别通入 分别通入 CaCl2溶液 Na2SiO3溶液 Ca OH 2溶液 饱和溶液 饱和 Na2CO3溶液 最终溶液中有白色沉淀析出的是溶液 最终溶液中有白色沉淀析出的是 A B C D BA B C D 二 硅酸盐Na2SiO3俗称泡花碱 水溶液俗称水玻璃 水玻璃为无色粘稠液体 是一种矿物胶 用作粘合剂 也可用作耐 火材料及防腐剂 俗称泡花碱 水溶液俗称水玻璃 水玻璃为无色粘稠液体 是一种矿物胶 用作粘合剂 也可用作耐 火材料及防腐剂 2 表示方式用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示 3 大多数硅酸盐都难溶于水 常见易溶于水硅酸钠 1 存在地壳岩石的主要成分硅酸盐是由硅 氧和金属元素组成的化 合物的总称 4 实验44 2 放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论饱和溶液现象结论当水 分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物 可防火当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的 木材或织物可防火 制备木材防火剂的原料 硅酸盐的丰富性和多 样性 阅读教材 科学视野4 硅酸盐材料原料设备陶瓷玻璃水泥原 料设备陶瓷玻璃水泥阅读教材P78 填写下列表格黏土纯碱 石灰石 石英石灰石 黏土 石膏玻璃窑水泥回转窑黏土纯碱 石灰石 石英石灰石 黏土 石膏玻璃窑水泥回转窑工业上制玻璃的原理CaC O3 SiO2 CaSiO3 CO2Na2CO3 SiO2 Na2SiO3 CO2高温高温高温高 温传统硅酸盐陶瓷具有特殊功能的含硅物质硅硅 碳化硅 S iC俗称金刚砂 具有金刚石的结构 硬度很大 用作砂纸 砂轮的磨料 硅钢 铁合金 导磁性良好 用作变压器铁芯 具有金刚石的结构 硬度很大 用作砂纸 砂轮的磨料 硅钢 铁合金 导磁性良好 用作变压器铁芯 硅橡胶 最好的既耐高温又耐低温的橡胶 硅橡胶 最好的既耐高 温又耐低温的橡胶 分子筛 具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 分子筛三 硅单质 晶体硅是良好的半导体材料 一 硅在自然 界的存在与物理性质硅在地壳中的含量仅次于氧 在自然界中无游 离态的硅 单质硅有晶体硅和无定形硅两种 硅在地壳中的含量仅次于氧 在自然界中无游离态的硅 单质硅有 晶体硅和无定形硅两种 晶体硅灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 熔沸点高 硬度大 熔沸点金刚石 硅 是良好的半导体 晶体硅灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 熔沸点高 硬度大 熔沸点金刚石 硅 是良好的半导体 二 硅的化学性质常温下与强碱反应Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 了解 加热时 能与O 2 Cl2等反应Si O2 SiO2 Si 2Cl2 SiCl4 硅的许多化学性质与 碳相似 常温下较稳定 不与O 2 Cl 2 硫酸 硝酸等反应 硫酸 硝酸等反应 加热时 能与O 2 Cl2等反应Si O2SiO2Si2Cl2SiCl4 三 硅的工业制法高温下 用碳还原二氧化硅 制得粗硅SiO2 2C Si 2CO C过量 还可能生成SiC 金刚砂 SiO2 3C SiC 2CO 高温了解Si 2Cl2 SiCl4 粗硅提纯SiCl4 2H2 Si 4HCl 大规模集成电路太阳能电池途 四 硅的用途 硅芯片讨论1 下列叙述正确的是 A CO2和SiO2都是酸性氧化物 所以两者物理 性质相似B 因为CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 所以硅酸的酸性比碳酸 强 所以硅酸的酸性比碳酸强C CO2和SiO2都能与碳反应 且都作氧 化剂D SiO既能和N OH反应又能和HF反应所以二氧化硅高温 D SiO2既能和NaOH反应 又能和HF反应 所以二氧化硅属于两性氧化物讨论2下列各组物质 中 满足下图物质一步转化关系的选项是 下列各组物质中 满 足下图物质一步转化关系的选项是 B讨论3自然界中的自然界中 的SiO自然界中的自然界中的SiO水晶石英SiO2石英砂玛瑙天然水晶 天然玛瑙石英研钵坩埚饰物 工艺品坩埚饰物 工艺品光导纤维光 学纤维胃镜用光导纤维做无开刀手术正长石斜长石正长石透辉石高 岭石在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹 向挖空部分加 少量氢氟酸在石蜡上雕刻出花纹 向挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸 并去掉石蜡讨论北京奥运金牌 金镶玉 环形玉璧由昆仑玉制成 昆仑玉的成分可简单看成是北京奥运金牌 金镶玉 环形玉璧由昆 仑玉制成 昆仑玉的