gyl无机非金属材料主角-硅(全套课件)

1、 silicon valley silicon valley“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业是美国电子和计算机工业中中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，一心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，一条长条长4848公里，宽公里，宽1616公里的长条形地带上。由于它集中了公里的长条形地带上。由于它集中了全世界全世界9090以上的著名半导体公司，以上的著名半导体公司，而半导体的基本元而半导体的基本元件是硅片件是硅片。硅谷硅谷第第 一一 节节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角_硅硅1 、硅的原子结构硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有硅原子和

2、碳原子的最外电子层均有4个个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。一一、硅硅Si+148 42 +642C1 、硅的原子结构硅的原子结构一一、硅硅2.2.硅元素在地壳中的含量和存在（硅元素在地壳中的含量和存在（7474）O-48.60%Si-26.30%Al-7.73%花岗岩属于硅酸盐花岗岩属于硅酸盐水晶水晶玛瑙玛瑙3、硅单质的性质硅单质的性质(P79)（1 1）主要物理性质：主要物理性质：1 、硅的原子结构硅的原子结构一一、硅硅2.2.硅元素在地壳中的含量和存在硅元素在地壳中的含量和存在硅有晶体硅和无定形硅两种

3、。硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、是半导体。是半导体。导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。（2）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下常温下,与与强碱等反应强碱等反应Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2加热时能和加热时能和O2等反应等反应Si + O2=SiO24、用途：、用

4、途：半导体材料、芯片、太阳能电池半导体材料、芯片、太阳能电池5.5.硅的工业制法（硅的工业制法（8181）9 9“玉兔号玉兔号”月球月球车车3、硅单质的性质硅单质的性质(P79)（1 1）主要物理性质：主要物理性质：1 、硅的原子结构硅的原子结构一一、硅硅2.2.硅元素在地壳中的含量和存在硅元素在地壳中的含量和存在二、二氧化硅（二、二氧化硅（7474）1、 SiO2的存在形态的存在形态无定形（硅藻土）无定形（硅藻土） （石英晶体）（石英晶体）玛瑙玛瑙水晶水晶水晶水晶玛瑙玛瑙( (无色透明无色透明) )( (彩色环带或层状彩色环带或层状) )硅石硅石结晶形结晶形2、二氧化硅的晶体结构、二氧化硅的

5、晶体结构SiO2的晶体结构的晶体结构 SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按1:2的比例所组成的立体网状结构的的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此，通常用晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。来表示二氧化硅的组成。【SiO4】四面体结构四面体结构 根据根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：的存在和应用，请你分析以下问题： SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？具有哪些物理性质？化学稳定性如何？思考与交流：思考与交流：物理性质：物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。化学性质很稳定，不活泼。CO2能和哪

6、些物质反应能和哪些物质反应？性 质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)3、SiO2与CO2化学性质的比较 2223222222324 2223223高温酸性氧化物与碱性氧化物反应与碱反应与水反应与氢氟酸与氢氟酸反应反应2 2、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？、实验室能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 不能。不能。HF能腐蚀玻璃，要用塑料能腐蚀玻璃，要用塑料瓶装。瓶装。 1、某同学根据某同学根据SiO2既可与氢氧化钠反应，也能与氢既可与氢氧化钠反应，也能与氢氟酸反应，推断氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物。是否正确为两性氧化物。是否正确? 不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一不正确。因为二氧化

7、硅只跟氢氟酸反应，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。般的酸反应，只是属于酸性氧化物。【思考与交流思考与交流】光导纤维光导纤维4、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途资料卡片：玻璃的主要成分为资料卡片：玻璃的主要成分为 SiO2、Na2SiO3、CaSiO3石英：耐高温化学仪器、石英钟石英：耐高温化学仪器、石英钟水晶：光学仪器、高级工艺品和眼镜片水晶：光学仪器、高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品性性 质质二氧化碳二氧化碳(CO2)二氧化硅二氧化硅(SiO2)3、SiO2与CO2化学性质的比较 2223222222324 2223223高温酸

8、性氧化物与碱性氧化物反应与碱反应与水反应与氢氟酸与氢氟酸反应反应（2）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下常温下,只和只和F2 、HF、强碱反应、强碱反应Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2加热时能和加热时能和O2等反应等反应Si + O2=SiO24、用途：、用途：半导体材料、芯片、太阳能电池半导体材料、芯片、太阳能电池5.5.硅的工业制法硅的工业制法（1）、制粗硅）、制粗硅 ：SiO2+2C=Si+2CO高温高温（2）、粗硅提纯）、粗硅提纯 S

9、i+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温3、硅单质的性质硅单质的性质(P79)（1 1）主要物理性质：主要物理性质：1 、硅的原子结构硅的原子结构一一、硅硅二、二氧化硅和二氧化碳的比较二、二氧化硅和二氧化碳的比较二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅主要存在环主要存在环境境空气中空气中岩石、石英、沙子和岩石、石英、沙子和硅藻土中硅藻土中物理性质物理性质熔、沸点低，常温下熔、沸点低，常温下是气体，能溶于水是气体，能溶于水硬度大，熔点高的固硬度大，熔点高的固体，不溶于水体，不溶于水化化学学性性质质与水与水反应反应CO2H2O=H2CO3不反应不反应与酸与酸反应反应不反应不反应

10、SiO24HF=SiF42H2O氢氧化钠CO2(少量少量)NaOH=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2OCaOCO2CaO=CaCO3SiO2CaO =CaSiO3与碳与碳反应反应CCO2 =2CO2CSiO2 = Si2CO用途用途人工降雨、用于灭火人工降雨、用于灭火饰品、光导纤维、建筑材料饰品、光导纤维、建筑材料高温高温二氧化碳二氧化碳(CO2)二氧化硅二氧化硅(SiO2)高温高温三、硅酸盐三、硅酸盐 P77P77硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。结构复杂结构复杂,一般不溶于水一般不溶于水,化学性质很稳定化学性质很稳定

11、 硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃，其水溶液俗称水玻璃，实验4-2放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶饱和溶液液现象现象结论结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后燃烧 当水分蒸发后不易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用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用途：用途： 木材防火剂、黏合剂、制硅胶木材防火剂、黏合剂、制硅胶2.硅酸盐表示方法：硅酸盐表示方法：硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成方法：方法：1 1、找组成元素、找组成元

12、素 2 2、写成氧化物的形式、写成氧化物的形式 3 3、原子个数比不变、原子个数比不变 4 4、检查有无遗漏、检查有无遗漏请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3） 石棉（石棉（ CaMg3（SiO3）4 ） Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2H2SiO3) 思考：思考：能用能用SiO2与水反应制得吗？如何制得硅酸？与水反应制得吗？如何制得硅酸？实验实验4-1现象现象结论结论方程式方程式 滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有软而滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有软而透明的、胶冻状的物质（硅酸凝胶）产生透明的、胶冻状的物质（硅酸凝胶）

13、产生 Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl = H2SiO3(胶体）+2NaCl(胶体） Na2SiO3 + 2H2O + 2CO2 = 2NaHCO3 + H2SiO3 (胶体） 硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “硅硅胶胶” 硅酸凝胶硅酸凝胶 （H2SiO3）脱水脱水 五.三大传统硅酸盐产品 P 78（1 1）. .陶瓷陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具以黏土为主要原料以黏土为主要原料、主要原料：纯碱、石灰石和石英。、主要原料：纯碱、石灰石和石英。、反应原理：复杂的物理、化学变化、反应原理：复杂的物理、化

14、学变化Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温（2 2）玻璃）玻璃、玻璃的主要成分：、玻璃的主要成分：Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 几种常见玻璃简介几种常见玻璃简介普通玻璃普通玻璃因混有亚铁化合物显浅绿色因混有亚铁化合物显浅绿色蓝玻璃蓝玻璃红玻璃红玻璃钢化玻璃钢化玻璃 在原料里加入某些金在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。出特征颜色。Co2O3呈现呈现蓝色蓝色。，加入。，加入氧化亚铜氧化亚铜呈呈红红 把普通玻璃放在把普通玻璃放在电炉里加热，

15、使它软电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎。倍，不易破碎。、几种常见的玻璃、几种常见的玻璃（3 3）水泥）水泥以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料六六. .具有特殊功能的含硅物质（具有特殊功能的含硅物质（78-7978-79） SiO2 CaSiO3 SiF4 H2SiO3 Si Na2SiO3 NaOH C , 高温高温HF CaO 高温高温 H+ CO2+H2O 知识网络知识网络六六. .具有特殊功能的含硅物质（具有特殊功能的含硅物质（78-7978-79）碳化硅（金刚砂）

16、碳化硅（金刚砂）硅钢硅钢 导磁性良好，用作变压器铁芯导磁性良好，用作变压器铁芯硅橡胶硅橡胶分子筛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新型陶瓷新型陶瓷生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨随堂练习：随堂练习：1 1、熔融烧碱应选用的器皿是、熔融烧碱应选用的器皿是 ( ) ( ) A. A.石英坩埚石英坩埚 B.B.生铁坩埚生铁坩埚 C. C.普通玻璃坩埚普通玻璃坩埚 D.D.陶瓷坩埚陶瓷坩埚2 2、下列说法正确的是、下列说法正确的是 ( ) ( )A. A. 硅的化学性质不活泼，在自然界中可以硅的化学性质不活泼，在自然界中可以 以游离态存在以游离态存在B. B. 二氧化碳通入水玻璃可

17、以得到原硅酸二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C. C. 二氧化硅溶于水显酸性二氧化硅溶于水显酸性D. D. 二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 B BB B3要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是杂质，最适宜的试剂是（ ）A纯碱溶液纯碱溶液 B盐酸盐酸 C硫酸硫酸 D苛性钠溶液苛性钠溶液 4下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是（ ）ASiO2 +2C=Si+2COB SiO2 +2NaOH=Na2SiO3+H2OCSiO2 +4HF=Si F4+2H2ODSiO2 +CaCO3=CaS

18、iO3+CO25下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（ ）A烧碱溶液烧碱溶液 B浓硫酸浓硫酸 C氢氟酸氢氟酸 D碳酸钠溶液碳酸钠溶液 B B C6制造光导纤维的主要原料是制造光导纤维的主要原料是（ ）A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠7下列叙述正确的是下列叙述正确的是（ ）A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 的化学性质活泼，能与很多物质的化学性质活泼，能与很多物质 发生化学反应发生化学反应B

19、C1、关于二氧化硅说法错误的是（、关于二氧化硅说法错误的是（ ） A、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。 B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。 C、二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所、二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物。以它是两性氧化物。 D、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别。、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别。AC【课堂练习课堂练习】2、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A、SiO2溶于水显酸性溶于水显酸性 B、二氧化硅也叫硅酐、二氧化硅也叫

20、硅酐 C、SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D、因高温时、因高温时SiO2与与Na2CO3反应放出反应放出CO2，所以硅酸，所以硅酸酸性比碳酸强酸性比碳酸强B（2）二氧化硅的晶体结构）二氧化硅的晶体结构CO2的晶体结构的晶体结构SiO2的晶体结构的晶体结构 SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按1:2的比例所组成的立体网状结构的的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此，通常用晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。来表示二氧化硅的组成。 SiO2不是不是分子式，而是化学式分子式，而是化学式（晶体中原子个数最简单的整数比）（晶体中原子个数最简单的整数比）。【

21、SiO4】四面体结构四面体结构4、玻璃的主要成分：、玻璃的主要成分：Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 5、玻璃态物质、玻璃态物质玻璃玻璃 没有固没有固定的熔点。定的熔点。 没有一定的没有一定的熔点而在某一温熔点而在某一温度范围内逐渐软度范围内逐渐软化的物质。（介化的物质。（介于晶体与非晶体于晶体与非晶体之间。）之间。）实例实例特性特性定义定义玻璃态物质玻璃态物质 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维光

22、导纤维石英坩埚石英坩埚玻璃仪器玻璃仪器精美瓷器精美瓷器（2）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下常温下 只和只和F2 、HF、强碱反应、强碱反应Si + 2FSi + 2F2 2 = SiF= SiF4 4Si + 4 HF = SiFSi + 4 HF = SiF4 4 + 2H + 2H2 2 Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2加热时加热时能和能和O2反应反应Si + O2=SiO24、用途：、用途：半导体材料半导体材料(芯片）、太阳能电池、

23、合金等芯片）、太阳能电池、合金等（2 2）. .玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: Na2OCaO6SiO22、硅的存在形式、硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子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、约占地壳总量的和土壤、约占地壳总量的90%90%以上。以上。 硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。的形式存在。碳碳统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。

24、硅硅统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。（2）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼）、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下常温下,只和只和F2 、HF、强碱反应、强碱反应Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2加热时能和加热时能和O2等反应等反应Si + O2=SiO24、用途：、用途：半导体材料、芯片、太阳能电池半导体材料、芯片、太阳能电池5.5.硅的工业制法硅的工业制法（1）、制粗硅）、制粗硅 ：SiO2+2C=Si+2CO

25、高温高温（2）、粗硅提纯）、粗硅提纯 Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温3、硅单质的性质硅单质的性质(P79)（1 1）主要物理性质：主要物理性质：1 、硅的原子结构硅的原子结构一一、硅硅酸性氧化物酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+ CaO = CaSiO3 （3）化学性质）化学性质: 高温高温 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？么用橡胶塞而不用玻璃塞？ 因为碱液会跟玻璃塞中的因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成反应，生成的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。的硅酸钠会把

26、试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。 硅酸钠，水溶液俗硅酸钠，水溶液俗名名“水玻璃水玻璃”，具有，具有黏性，可用作粘合剂，黏性，可用作粘合剂，也可用来制备硅胶和也可用来制备硅胶和木材防火剂等。木材防火剂等。与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2OCO2+ CaO = CaCO3 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 +H2OCO2 + H2O = H2CO3CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3CO2+ C = 2CO CO2能和哪些物质反应能和哪些物质反应？酸性氧化物酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+ CaO = CaSiO3 （3）化学性质）化学性质: 高温高温与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O与与C的反应的反应 SiO2+ 2C = Si + 2CO 高温高温与某些盐的反应与某些盐的反应 SiO2+ Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 高温高温 SiO2+ CaCO3 = CaSiO3 + CO2 高温高温反