无机非金属材料的主角--硅-教学25人教版必修1课件

硅谷siliconvalley,“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48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片。,2005年3月28日，邓中翰接受国家主席胡锦涛为他颁发的共和国最高奖励国家科技进步一等奖。“中国芯”的诞生彻底改写了蓬勃发展的中国IT业无“芯”的历史。,2010年中国“天河一号”震惊世界成全球最快计算机,非金属及其化合物,第一节无机非金属材料的主角_硅,硅元素(silicon)在地壳中的含量,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。,Si,最外层电子数是4，碳也是。,思考2：碳、硅原子主要显几价？,正四价（+4价）,思考3：阅读资料卡片，比较碳、硅亲合氧的能力。,碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。,因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。,原因：,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定。,思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？,二氧化硅,10928,约180,Si,O,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定,二氧化硅(SiO2),二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山,二氧化硅（SiO2),讨论：阅读课本试画出由硅石开始分类的树状分布图。,硅石,结晶形（石英）,无定形（硅藻土）,水晶,玛瑙,玛瑙,水晶,晶体二氧化硅,硅藻土中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位。在地区分布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪和第四纪，以第三纪为主。,无定形二氧化硅,一、二氧化硅(silicondioxide),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？,坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,1.物理性质：,一、二氧化硅(silicondioxide),讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为4价，请你预测二氧化硅的化学性质。,(1)属类：,(2)价态,(3)特性,SiO2为酸性氧化物,SiO2中Si显+4价为最高价,2.化学性质,不能与水反应,SiO2+CaO=CaSiO3,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,高温,是酸性氧化物,不与酸反应（除氢氟酸以外）,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,在高温下与碳酸盐的反应,SiO2+Na2CO3=CO2+Na2SiO3,高温,SiO2+CaCO3=CO2+CaSiO3,高温,你知道吗？玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系？,2.化学性质,实验室现提供下列试剂瓶,细口磨口塞玻璃瓶瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶细口塑料瓶，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品?你的依据是什么?a.二氧化硅_b.氢氧化钠溶液_c.硝酸银晶体_d.氢氟酸_e.浓硫酸_,考考你！,SiO2+2C,SiO2+2Mg,在高温下能与还原剂反应，表现弱氧化性,Si+2CO,Si+2MgO,2、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,1、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？,HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,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。,想一想,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,CO2+CaO=CaCO3,不能,能,能与氢氟酸反应,SiO2CaO=CaSiO3,高温,与酸反应,5、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。,物质的性质决定用途，SiO2有哪些用途呢？,（1）光导纤维：（2）石英：耐高温化学仪器、石英电子表石英钟（3）水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、高级工艺品和眼镜片（4）玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,光学纤维胃镜,石英制品,水晶石英、玛瑙,二氧化硅用来制光导纤维,光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。,知识梳理题型构建,D,二、硅酸(H2SiO3),实验1:向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸,现象,结论,方程式,滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有有白色胶状沉淀产生,Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水,探究1：怎样由石英(SiO2)制取硅酸？,Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4,H4SiO4=H2SiO3+H2O(易),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。,实验探究2：,实验2：将CO2通入Na2SiO3溶液中,现象：透明的硅酸凝胶生成,方程式：,Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3,你的结论：,硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱,CO2H2OH2CO3，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3，这是一个特性。,思考：SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢？,2.硅酸（H2SiO3）,H2SiO3是一种很弱的酸(酸性比H2CO3还弱)，是一种不溶性酸，是一种白色固体，它是SiO2的对应水化物。,（1）制法由于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。,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,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。,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,SiO32-+2H+=H2SiO3,离子方程式：,实验4-1,（2）酸性太弱，只能与强碱发生中和反应H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,（3）不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,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,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。,用途：,硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。,1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（）A.溶解性：CO2H2CO3C.熔点：SiO2CO2（干冰）D.硬度：SiO2H2SiO3。,D,答案：CD,四、单质硅,1、硅晶体的物理性质,灰黑色硬而脆有金属光泽的固体熔点、沸点高硬度大半导体材料,在常温下，化学性质不活泼。,只与强碱、氟化氢、氟气反应,2、硅的化学性质,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2,加热时，Si可以和O2、Cl2等反应。,6、硅的工业制法：,粗硅：,纯硅：,3、硅的用途,制集成电路、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。,晶体管,硅橡胶,集成电路,硅片,硅晶片生产,硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心,硅芯片生产,半导体生产,硅太阳能电池,太阳能电动汽车,A,BD,C,1.下列物质中属于纯净