硅-无机非金属材料(定稿).ppt

硅无机非金属材料 第一课时 Si 26 30 本节课学习目标 硅的存在 性质 用途和制备 二氧化硅的存在 性质 用途 一 单质硅与半导体材料 1 硅元素在自然界中全部以态存在 硅元素在地壳中的含量居第位 仅次于 2 最早使用的半导体材料 现在最广泛使用的半导体材料 化合 锗 硅 二 氧 3 硅的物理性质 a 单质硅有和两种 它们都是硅元素的 b 晶体硅是色 有光泽 硬而脆的固体 单质硅的导电性介于 和之间 故用来作材料 晶体硅 无定形硅 同素异形体 硅在地壳中含量第二 硅的氧化物及硅酸盐构成的岩石 沙子和土壤 约占地壳的90 以上 硅的存在与分布 存在 没有游离态 只有化合态分布 自然界中分布广泛 是构成矿物和岩石的基本元素 图4 1硅的广泛存在 图4 11单晶硅 图4 11单晶硅 硅和碳一样 其原子既不易失去电子 也不易得到电子 所以硅的化学性质不活泼 主要形成四价化合物 C Si 碳是构成有机物的主要元素 硅是构成岩石和许多矿物的主要元素 从原子结构认识硅 硅的化学性质 1 常温下 化学性质稳定 例如 常温下 不易与H2 O2 Cl2 硫酸 硝酸 盐酸等物质反应 2 只与碱 氢氟酸 氟气反应 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 Si 2F2 SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 还原剂 氧化剂 3 加热 Si能与某些非金属单质反应 燃烧 放出大量的热 5 硅的用途 制集成电路 晶体管 硅整流器等半导体材料 含硅4 的钢可制变压器铁芯 含硅15 的钢具有耐酸性 制耐酸设备 硅芯片 半导体材料 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 硅是信息技术的关键材料 硅太阳能电池 电脑的中央处理器 CPU 制备 工业上 二 二氧化硅 1 存在 沙子 石英 透明的石英即水晶 2 二氧化硅的物理性质 晶体硬度 熔点 溶于水 大 高 难 天然的SiO2称为硅石 结晶形 石英晶体 无定形 硅藻土 水晶玛瑙 硅石 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 天然水晶 紫水晶 蔷薇石英 茶晶 黄水晶 天然玛瑙 水晶制品 水晶 玛瑙 3 二氧化硅的化学性质 1 酸性氧化物的通性 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 你学过哪些酸性氧化物 能发生哪些反应 结论 盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞 可用橡胶塞 Na2SiO3有粘性 其溶液俗称水玻璃 设疑 实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同 为什么 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3 使瓶塞部分粘结而无法打开 因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞 原因 与某些盐反应 与碱性氧化物反应 二氧化硅的注意点 与氢氟酸反应 SiO2 4HF SiF4 2H2O 用途 刻蚀玻璃花纹 结论 氢氟酸不能用玻璃瓶盛装 而盛在塑料瓶 4 二氧化硅的用途 制造光导纤维和石英表中的压电材料 水晶 制造电子部件和光学仪器 注意 硅和二氧化硅的用途易混淆 SiO2的用途 现代通信用光缆 光学纤维胃镜 用光导纤维做无开刀手术 光导纤维手术头灯 光导纤维 二氧化硅的危害 在隧道开凿 石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘 人长期吸入含有二氧化硅的粉尘 就会患硅肺病 旧称矽肺 表示二氧化碳分子及其组成 表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比 气态 固态 很小 很大 能溶于水 不溶于水 很低 很高 4 二氧化硅的物理性质 都属酸性氧化物 水溶性 与水反应 与碱性氧化物反应 与碱反应 CO2 H2O H2CO3 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O CO2 Na2O Na2CO3 不能反应 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 能与氢氟酸反应 SiO2 CaO CaSiO3 高温 2 二氧化硅和二氧化碳的性质比较 思考 为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别 是结构上的不同 Si O 二氧化硅的晶体结构 每1个Si原子周围结合4个O原子 Si在中心 O在四个顶角 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合 硅原子 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2 1 用SiO2来表示二氧化硅的组成 表示O与Si的原子个数比 不是分子式是化学式 SiO2 四面体结构 立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质 2 结构 思考 二氧化硅难溶于水 又不与水反应 那么 如何制得硅酸呢 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaClNa2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3 硅酸的制取 由于SiO2不溶于水 所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制得的 SiO32 2H H2SiO3 实验4 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溶液呈碱性 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 实验探究 滴入盐酸有凝胶产生 硅酸难溶于水 知识拓展 把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中 会有什么现象 滴入硫酸有凝胶产生 硅酸难溶于水 Na2SiO3 H2SO4 H2SiO3 Na2SO4 活动与探究 硅酸是一种比碳酸还要弱的酸 请利用中学实验室常见的仪器及药品 设计一个简单实验 证明硅酸的酸性比碳酸弱 并完成一份实验报告 用H2CO3可制得H2SiO3 可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱 SiO32 H2O CO2 CO32 H2SiO3 Na2SiO3 H2O CO2 Na2CO3 H2SiO3 反应方程式 2 硅酸 硅酸是一种白色粉末状的固体 它不溶于水 是一种弱酸 不能使指示剂变色 H2SiO3 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O H2SiO3 SiO2 H2O 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶 能流动 当硅酸的浓度较大时 就会形成硅酸凝胶 不能流动 硅酸凝胶经过干燥脱水就形成硅胶 硅胶的用途 干燥剂 吸水 吸附剂 多孔 催化剂的载体 本节内容小结 1 硅 硅的存在 硅的化学性质 硅的用途 随堂训练 1 下列说法正确的是 A 晶体硅和无定形硅是两种不同的物质 B 二氧化硅可用做半导体材料 C 硅可与氧气反应 单质硅不能在空气中稳定存在 D 在 反应中 氧化剂与还原剂的物质的量比为2 1 2 下列溶液可以盛放在玻璃瓶中 但不能用磨口玻璃塞的是 A 氢氟酸B 浓硝酸 C NaOH溶液D 氯水 3 关于碳和硅的叙述中 不正确的是 A 其最高价氧化物都能与NaOH溶液反应 B 单质在加热时都能与氧气反应 C 氧化物都能溶于水生成相应的酸 D 在常温下 碳和硅的单质化学性质都不活泼 4 CO2通入下列各溶液中 无明显现象发生的是 A 氯化钙溶液B 澄清石灰水C 硅酸钠溶液 A 合作讨论 5 如何除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质 用化学方程式表示 6 如何除去碳酸钙中少量的二氧化硅杂质 用化学方程式表示 7 为确认HCl H2CO3 H2SiO3的酸性强弱 有人设计用如右图装置 一次实验即可达到目的 不必再选用其它酸性溶液 请依据此实验填空 1 锥形瓶内装某可溶性正盐固体 分液漏斗中所盛试剂是 2 装置B所盛试剂是 装置B所盛试剂的作用是 3 装置C所盛试剂是 出现的现象是 盐酸 饱和NaHCO3溶液 除CO2中含有的HCl Na2SiO3溶液 产生白色凝胶 二 硅酸盐 结构复杂 一般不溶于水 化学性质很稳定 硅酸钠 Na2SiO3 其水溶液俗称水玻璃 是制备硅胶和木材防火剂等的原料 是由硅 氧和金属组成的化合物的总称 2 硅酸盐组成表示 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 SiO2 H2O Na2O SiO2 2MgO SiO2 CaO Al2O3 3SiO2 3H2O K Al3Si3O10 OH 2 长石 滑石 石棉 高岭土 粘土 硅酸盐的丰富性和多样性 阅读P77 人面鱼纹盆 传统无机非金属材料 硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 3 硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥 3 硅酸盐产品陶瓷玻璃水泥 陶器 瓷器 陶瓷 日用器皿 建筑饰材 卫生洁具 生产原料 黏土 Al2O3 2SiO2 2H2O 生产设备 陶瓷窑生产过程 混合 成型 干燥 烧结 冷却主要性质 抗氧化 抗酸碱腐蚀 耐高温 绝缘 易成型 陶瓷 玻璃 生产原料 纯碱 石灰石 石英 Na2CO3 CaCO3 SiO2 生产设备 玻璃熔炉反应原理 主要成分 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2主要特性 非晶体 无固定的熔点 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 玻璃 水泥 生产原料 石灰石 黏土 CaCO3 Al2O3 2SiO2 2H2O 生产设备 水泥回转窑主要成分 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3主要特性 水泥具有水硬性 水泥 具有特殊功能的含硅物质 碳化硅 SiC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 硅橡胶 分子筛 具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 碳化硅 金刚砂 SiC 硬度大 硅钢 高导磁性 硅橡胶 良好的弹性 分子筛 吸附剂 催化剂 特殊功能的含硅物质 图4 9既耐高温又耐低温的硅橡胶制品 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 图4 10生物陶瓷制成的人造骨 二 硅酸盐 无机非金属材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 陶瓷玻璃水泥 高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷 练习 1 下列几种