高中化学 专题3 丰富多彩的生活材料 第二单元 功能各异的无机非金属材料课件5 苏教版选修1-苏教版高二选修1化学课件

1、 非金属位于元素周期表的什么位置非金属位于元素周期表的什么位置?它们与人类的生存环境它们与人类的生存环境、生活和生生活和生产有何关系产有何关系? ?第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物从沙滩到用户从沙滩到用户第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角_硅硅1. 含量：含量：硅在地壳中的含量仅次于氧，硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位。居第二位。硅是一种亲硅是一种亲氧元素氧元素，在自然，在自然界中只存在界中只存在化合态化合态，主要以，主要以二氧化硅和硅酸盐二氧化硅和硅酸盐的形式存的形式存在。在。2. 结构结构最外层均为最外层均为4个电子，二者结构相似有个电子，二者结构相似有

2、不同，硅与碳一样，其原子既不易失不同，硅与碳一样，其原子既不易失去也不易得到电子，主要通过去也不易得到电子，主要通过共价化共价化合物合物的形式形成的形式形成+4价价的化合物。的化合物。 碳是构成有机物的主要元素，而硅是构碳是构成有机物的主要元素，而硅是构成岩石和矿物的基本元素。成岩石和矿物的基本元素。天天然然的的 SiO2 硅硅石石结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土、沙子硅藻土、沙子水晶水晶石英石英玛瑙玛瑙一一. 二氧化硅二氧化硅1. SiO2的的存在存在2. SiO2的结构 (结晶形）正四面体正四面体 空间网状结构空间网状结构 硅氧比例：硅氧比例：1：2 没有没有SiO2

3、 分子存在，只存在硅氧原子分子存在，只存在硅氧原子水水晶晶玛玛 瑙瑙 信息高速公路骨架信息高速公路骨架光导纤维光导纤维二氧化硅二氧化硅 天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的体是结晶的二氧化硅二氧化硅.砂、石英、水晶砂、石英、水晶的主要成分都是的主要成分都是SiO2纯净的二氧化硅是无色透明的，二氧化硅的立体网状纯净的二氧化硅是无色透明的，二氧化硅的立体网状结构决定了二氧化硅结构决定了二氧化硅硬度大，熔沸点高、不溶于水。硬度大，熔沸点高、不溶于水。3 3、物理性质、物理性质: :4 4、 SiO2的化学化学性质性质: :二氧化硅是一种酸性氧化物，是硅酸的酸二氧化硅

4、是一种酸性氧化物，是硅酸的酸酐，在一定条件下能与强碱、碱性氧化物酐，在一定条件下能与强碱、碱性氧化物和某些盐反应，但不能与水反应和某些盐反应，但不能与水反应（1）SiO2不与水、一般的酸反应。但可不与水、一般的酸反应。但可以以与氢氟酸（与氢氟酸（HF）反应）反应， 这是二氧化硅这是二氧化硅的特性，的特性，SiO2+4HF=SiF4+2H2O 注意：玻璃中含有注意：玻璃中含有SiO2，所以可，所以可以用以用HF来刻蚀玻璃。来刻蚀玻璃。 想一想：想一想： 实验室为什么不用玻璃瓶盛实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？装氢氟酸？HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而

5、要用塑料酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。瓶。（2 2） 跟碱反应跟碱反应： SiO22NaOHNa2SiO3H2O ，思考：思考：实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试溶液的试剂瓶用橡皮塞而为什么不用玻璃塞？剂瓶用橡皮塞而为什么不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有（提示：玻璃中含有SiO2）NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。璃塞而要用橡胶塞。（3 3）与碱性氧化物反应）与碱性氧化物反应SiO2CaO CaSiO3 ，高温高

6、温（4）高温条件下，）高温条件下，SiO2可以与可以与Na2CO3、CaCO3等盐反应。等盐反应。(补充补充)工业制玻璃原理工业制玻璃原理： SiO2 + Na2CO3 高温高温 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 高温高温 CaSiO3 + CO2 （5）弱氧化性：）弱氧化性：二氧化硅中硅元素的化合价为二氧化硅中硅元素的化合价为+4价，是硅元素的最高价态，因此具有价，是硅元素的最高价态，因此具有一定的氧化性，能被一定的氧化性，能被C、Mg等还原剂还原。等还原剂还原。（补充）（补充） SiO2 + 2C 高温高温 Si+2CO SiO2 + 2Mg 高温高温 Si +2MgO

7、5 5、SiOSiO2 2的用途的用途光导纤维光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表石英：耐高温化学仪器、石英电子表 石英钟石英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片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、耐磨器皿和装饰品二氧化硅的用途二氧化硅的用途比较项目比较项目二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳色态、熔沸点色态、熔沸点硬度、溶解度硬度、溶解度与碱反应与碱反应与盐反应与盐反应与碱性氧化物反与碱性氧化物反应应与碳反应与碳反应与氢氟酸反应与氢氟酸反应-无色固体、高无色固体、高无色气体、低无色气体、低大、难溶

8、大、难溶小、可溶于水小、可溶于水SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO=高温高温=CaSiO3SiO2+Na2O=高温高温=Na2SiO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+2C =高温高温=Si +2COCO2+2C =高温高温=2COSiO2+4HF =SiF4 +2H2OSiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3思考：思考：SiO2是硅酸的酸酐，是硅酸的酸酐， 可以用可以用SiO2与与水反应制水反应制备备H2SiO3吗？吗？思考：思考

9、：SiO2既能和既能和NaOH反应，反应，又能和又能和HF反应，二氧化硅反应，二氧化硅属于两性氧化物吗？属于两性氧化物吗？ 由于由于SiO2不溶于水，也不与水反应，所以不能用不溶于水，也不与水反应，所以不能用SiO2与水反应直接制得硅酸。通常可用可溶性硅酸与水反应直接制得硅酸。通常可用可溶性硅酸盐与其它酸反应制得硅酸。盐与其它酸反应制得硅酸。二、硅酸（二、硅酸（H2SiO3）1、硅酸的制备、硅酸的制备：Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3离子方程式：离子方程式：SiO32- + 2H+ = H2SiO3强调强调：硅酸是常见的唯一不溶于水的酸，且不能由酸酐：硅酸是常见的

10、唯一不溶于水的酸，且不能由酸酐SiO2和水反应制得和水反应制得思考思考：实验室制备实验室制备H2SiO3的反应原理是什么？的反应原理是什么？【实验实验4-1】在试管中加入在试管中加入3-5mL硅酸钠溶液，滴硅酸钠溶液，滴入入1-2滴酚酞溶液，在用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，滴酚酞溶液，在用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近红色消失停止边加边振荡，至溶液红色变浅并接近红色消失停止，静置，观察变化过程及其现象。，静置，观察变化过程及其现象。【视频视频】弱酸性：弱酸性：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱弱。Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na

11、2CO3 + H2SiO3不稳定性：不稳定性：硅酸受热分解：硅酸受热分解：H2SiO3 SiO2 + H2O2、硅酸的性质、硅酸的性质（1）物理性质）物理性质：硅酸为白色胶状固体，难溶于水，难挥发。硅酸为白色胶状固体，难溶于水，难挥发。（2）化学性质）化学性质：思考：思考：向向Na2SiO3溶液中通人溶液中通人CO2，有什么现象？有什么现象？3、硅酸的用途、硅酸的用途（图片（图片47）硅酸凝胶经硅酸凝胶经干燥脱水干燥脱水可以制得可以制得硅酸干凝胶硅酸干凝胶，称，称为为“硅胶硅胶”，硅胶具有很强的吸水性，常用作，硅胶具有很强的吸水性，常用作干燥剂干燥剂和和催化剂催化剂的载体。的载体。想一想：想一

12、想：制玻璃时会发生如下反应：制玻璃时会发生如下反应：SiO2 + Na2CO3 高温高温 Na2SiO3 + CO2。该反应能否说明该反应能否说明H2SiO3酸性比酸性比H2CO3 强？强？【例例1】下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A、二氧化硅溶于水显酸性、二氧化硅溶于水显酸性 B、将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸、将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸C、根据反应、根据反应SiO2 + Na2CO3 高温高温 Na2SiO3 + CO2 可以推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强可以推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强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

13、三硅酸盐三硅酸盐1硅酸盐简介：硅酸盐简介：硅酸盐是由硅酸盐是由硅、氧和金属元素硅、氧和金属元素组成组成的化合物的总称。的化合物的总称。硅酸盐的组成和结构复杂多样，是构成地壳岩石的重硅酸盐的组成和结构复杂多样，是构成地壳岩石的重要成分，自然界中存在各种天然硅酸盐矿物。要成分，自然界中存在各种天然硅酸盐矿物。绝大部分硅酸盐都难溶于水，常见的易溶于水的硅酸绝大部分硅酸盐都难溶于水，常见的易溶于水的硅酸盐是盐是Na2SiO3 、Na2SiO3 是最简单的硅酸盐，其水溶是最简单的硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是制造硅胶和防火剂等的主要原料。液俗称水玻璃，是制造硅胶和防火剂等的主要原料。2硅酸盐的表示方法：

14、硅酸盐的表示方法：硅酸盐种类繁多，结构复杂，其表示方法有两种。（1）盐化学式法：）盐化学式法：一般用于简单的硅酸盐。如一般用于简单的硅酸盐。如硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3 , 硅酸钙：硅酸钙：CaSiO3 (2)氧化物法：氧化物法：复杂的硅酸盐复杂的硅酸盐表示一般表示一般用二氧用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。硅酸钠：硅酸钠：Na2O.SiO2石棉石棉：CaO.3MgO.4SiO2普通玻璃的大致成分普通玻璃的大致成分：N a2O.CaO.6SiO2水泥的主要成分：水泥的主要成分：3CaO.SiO2; 2CaO. SiO2; 3CaO.Al2O3

15、, 黏土的主要成分黏土的主要成分：Al2O3. 2SiO2.2H2O例如：硅酸钠：例如：硅酸钠：Na2SiO3： ；高岭土：高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4表示为：表示为： ；长石长石：KAlSi3O8表示为：表示为： ；钠长石：钠长石：N aAlSi3O8表示为：表示为： ； 改写规律改写规律：1、顺序：、顺序：活泼金属氧化物活泼金属氧化物 . 较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物 . 二氧化硅二氧化硅.水水 2、改写原则：、改写原则：（1）各原子个数比符合原来的组成，）各原子个数比符合原来的组成， 若出现分数应若出现分数应 化为整数。化为整数。（2）各元素的化合价不能改变。）各元素的化合

16、价不能改变。 特别提醒：特别提醒：硅酸盐写成氧化物的形式，是为了简化硅酸盐写成氧化物的形式，是为了简化对硅酸盐组成的表示方法，实际上硅酸盐不是以简单对硅酸盐组成的表示方法，实际上硅酸盐不是以简单氧化物的形式存在。氧化物的形式存在。3硅酸盐的性质：硅酸盐的性质：硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数难溶于水，化学性质很稳定硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数难溶于水，化学性质很稳定 。Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO31、最常见的硅酸盐、最常见的硅酸盐Na2SiO3的物理性质的物理性质易溶于水，俗名泡花碱，水溶液俗称水玻璃，呈碱性，具有黏合性易溶于水，俗

17、名泡花碱，水溶液俗称水玻璃，呈碱性，具有黏合性2、Na2SiO3的化学性质的化学性质（1）与酸反应：）与酸反应：Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl +H2SiO3（2）具有很强的热稳定性，即能耐高温。）具有很强的热稳定性，即能耐高温。(实验实验4-2）3、硅酸的用途、硅酸的用途-制备硅胶和木材防火剂制备硅胶和木材防火剂思考：结合性质，思考：结合性质，Na2SiO3溶液应如何保存？溶液应如何保存？4三种常见的硅酸盐产品三种常见的硅酸盐产品硅酸盐产硅酸盐产品品原料原料主要成分主要成分主要设主要设备备水泥水泥石灰石、石灰石、粘土粘土3CaO.SiO2 2CaO.SiO2; 3CaO.Al2

18、O3水泥回水泥回转窑转窑玻璃玻璃纯碱、纯碱、石灰石石灰石Na2SiO3SiO2 CaSiO3玻璃窑玻璃窑陶瓷陶瓷粘土粘土陶瓷窑陶瓷窑水泥、玻璃、陶瓷是传统的、重要的无机非金属材料。水泥、玻璃、陶瓷是传统的、重要的无机非金属材料。5特殊功能的含硅物质（阅读教材）特殊功能的含硅物质（阅读教材）（1）金刚砂（）金刚砂（SiC）具有类似）具有类似 金刚石金刚石 的结构，的结构， 硬度硬度 大大 ，可以用作砂纸、砂轮磨料。，可以用作砂纸、砂轮磨料。（2）硅钢（含硅）硅钢（含硅4）具有很高的）具有很高的 导磁性导磁性 ， 主要用作变压器铁芯。主要用作变压器铁芯。（3）硅橡胶：既耐）硅橡胶：既耐 高温高温

19、又耐又耐 低温低温 ， 可用于制造火箭，导弹的零件。可用于制造火箭，导弹的零件。（4）人工制造的分子筛（具有均匀微孔结构的铝硅酸盐），）人工制造的分子筛（具有均匀微孔结构的铝硅酸盐）， 主要用作主要用作 吸附剂吸附剂 和和 催化剂催化剂 6新型陶瓷：新型陶瓷： 主要有主要有 、 、 、 几类。几类。四、硅单质四、硅单质1、地壳中的存在、地壳中的存在硅在地壳中的含量仅次于氧，在地壳中居第二位，硅在地壳中的含量仅次于氧，在地壳中居第二位，主要以氧化物及其硅酸盐的形式存在，主要以氧化物及其硅酸盐的形式存在，自然界中无游离态的硅。自然界中无游离态的硅。2、硅的结构、硅的结构单质硅有单质硅有 晶体硅晶体硅 和和 无定形无定形 两类。两类。晶体硅的结构与金刚石的结构相似。晶体硅的结构与金刚石的结构相似。 晶体硅是有晶体硅是有 金属金属 光泽的光泽的 黑色黑色固体固体，熔点，熔点 高高 、硬度硬度 大大 、有、有 脆性脆性 性，是良好的性，是良好的 半导体材料半导体材料 。3、硅的物理性质、硅的物理性