高中化學(xué)必修一---硅[中小學(xué)堂]

1、LOGOLOGO 第四章 非金屬及其化合物 1課堂特制 LOGOLOGO 第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角 硅硅 你知道美國(guó)的硅谷嗎？你知道美國(guó)的硅谷嗎？ Silicon vally 2課堂特制 LOGOLOGO Si元素在地殼中的含量排在第幾位？元素在地殼中的含量排在第幾位？ 3課堂特制 LOGOLOGO 在地殼中硅的含量為在地殼中硅的含量為26.3%26.3%，僅次于，僅次于氧氧。 硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分 的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的 90%90%以上。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一以上。在

2、無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一 直扮演中主要角色直扮演中主要角色 4課堂特制 LOGOLOGO 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) 思考思考1 1：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉 的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？ Si 最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4，碳也是。，碳也是。 思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？ 正四價(jià)（+4價(jià)） 碳碳是構(gòu)成有機(jī)物是構(gòu)成有機(jī)物 的主要元素的主要元素 硅硅是構(gòu)成巖石和許是構(gòu)成巖石和許 多礦物的主要元素多礦物的主要元素 Si在自然界中沒(méi)有 游離態(tài)的形式存在 5課堂特制 LOGOLOGO （1 1

3、）存在形式：）存在形式： 一、二氧化硅一、二氧化硅 SiO2 地球上存在的天然二氧化硅約占地殼 質(zhì)量的 ，其存在形態(tài)有 和 12 結(jié)晶型 無(wú)定形 6課堂特制 LOGOLOGO 結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體） 無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土 水晶水晶 瑪瑙瑪瑙 1 1、二氧化硅（、二氧化硅（ SiOSiO2 2 ） ） (1)(1)存在存在: : 天然的天然的SiOSiO2 2稱為硅石稱為硅石 硅石硅石 無(wú)色透明無(wú)色透明 彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝?水晶水晶 瑪瑙 7課堂特制 LOGOLOGO 水晶水晶 8課堂特制 LOGOLOGO 瑪瑪 瑙瑙 瑪瑙瑪瑙 9課堂特制 LOGOLOGO Si O

4、 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu). SiO2 原子晶體原子晶體 10課堂特制 LOGOLOGO Si O SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 因此性質(zhì)很穩(wěn)定因此性質(zhì)很穩(wěn)定 11課堂特制 LOGOLOGO 12課堂特制 LOGOLOGO 二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2 化學(xué)式化學(xué)式 的意義的意義 狀狀 態(tài)態(tài) 硬硬 度度 熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn) 相同點(diǎn)相同點(diǎn) 表示二氧化碳分表示二氧化碳分 子及其組成子及其組成 表示二氧化硅晶體中表示二氧化硅晶體中 硅氧原子個(gè)數(shù)比硅氧原子個(gè)數(shù)比 氣氣 態(tài)態(tài) 固固 態(tài)態(tài) 很小很小很大很大 能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水 很很 低低

5、很很 高高 二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)對(duì)比 都屬酸性氧化物都屬酸性氧化物 水水 溶溶 性性 13課堂特制 LOGOLOGO 活動(dòng)與探究 為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì) 有這有這么么大的差別？大的差別？ 是結(jié)構(gòu)上的不同是結(jié)構(gòu)上的不同 14課堂特制 LOGOLOGO 15課堂特制 LOGOLOGO 4 4、化學(xué)性質(zhì)（不活潑）：、化學(xué)性質(zhì)（不活潑）： （a a）常溫與氫氟酸（）常溫與氫氟酸（SiOSiO2 2很不活潑，很不活潑，HFHF是唯一能跟是唯一能跟 其反應(yīng)的酸）其反應(yīng)的酸） 玻璃中含有SiO2，所以可以用，所以可以用HF來(lái)刻蝕玻璃來(lái)刻蝕玻璃 SiO2 不溶

6、于水，不與水反應(yīng) 16課堂特制 LOGOLOGO 高溫 （b)b)酸性氧化物酸性氧化物的特性：的特性： 與與堿性氧化物堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng) 與與強(qiáng)堿強(qiáng)堿反應(yīng)：反應(yīng)： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與與某些鹽某些鹽反應(yīng)：反應(yīng)： SiO2 + CaO = CaSiO3 高溫 （有粘性，其溶液俗稱水玻璃）有粘性，其溶液俗稱水玻璃） 高溫 SiO2既能跟酸 反應(yīng)，又能跟 堿反應(yīng)，但不是 兩性氧化物 注意： 17課堂特制 LOGOLOGO 18課堂特制 LOGOLOGO 二氧化硅(SiOSiO2 2）二氧化(COCO2 2) 物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)高、硬度大熔沸點(diǎn)低硬度小 與水反應(yīng) 與堿反應(yīng) 與堿

7、性氧化 物反應(yīng) 與酸反應(yīng) 與碳反應(yīng) 高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 不反應(yīng) CO2+H2O=H2CO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+CaO= CaSiO3 CO2+CaO= CaCO3 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反應(yīng) SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO 19課堂特制 LOGOLOGO 5 5、用途、用途 由于由于SiOSiO2 2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上SiOSiO2 2在自然界的廣在自然界的廣 泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地

8、應(yīng)用。 20課堂特制 LOGOLOGO 21課堂特制 LOGOLOGO 石英制品 22課堂特制 LOGOLOGO 用用光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維做做 無(wú)開(kāi)刀手術(shù)無(wú)開(kāi)刀手術(shù) 光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈 通信用光纜 光學(xué)纖維胃鏡 23課堂特制 LOGOLOGO 水晶水晶石英、瑪瑙石英、瑪瑙 24課堂特制 LOGOLOGO 二氧化硅用來(lái)制光導(dǎo)纖維二氧化硅用來(lái)制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。 制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于 通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是

9、通信容量大，通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大， 一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3 3萬(wàn)門電話。萬(wàn)門電話。 25課堂特制 LOGOLOGO 練習(xí)練習(xí) 下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的下列幾種物質(zhì)其主要成分不是二氧化硅的 是（是（ ） 紅寶石紅寶石 瑪瑙瑪瑙 鉆石鉆石 石英晶體石英晶體硅硅 石石 水晶水晶 大理石大理石 金剛砂金剛砂 硅藻硅藻 土土 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 26課堂特制 LOGOLOGO 現(xiàn)象現(xiàn)象 結(jié)論結(jié)論 反應(yīng)式反應(yīng)式 二.硅酸 (H2SiO3) 制備制備: : 可溶性硅酸鹽可溶性硅酸鹽（如（如Na2SiO3）與酸反應(yīng)與酸反應(yīng) 27課堂特制 LOGOLOG

10、O 2 2、用、用H H2 2COCO3 3也可制得也可制得H H2 2SiOSiO3 3 ，可證明，可證明H H2 2SiOSiO3 3 的酸的酸 性比性比H H2 2COCO3 3弱。弱。 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3（膠體） （膠體） Na2SiO3 + H2O + CO2 （適量） （適量）= Na2CO3 + H2SiO3（膠體）（膠體） 一、制備方法 1 1、可溶性硅酸鹽、可溶性硅酸鹽（如（如NaNa2 2SiOSiO3 3）與酸反應(yīng)與酸反應(yīng) SiO32- + 2H+= H2SiO3（膠體） （膠體） 28課堂特制 LOGOLOGO 硅酸是一

11、種硅酸是一種白色粉末狀白色粉末狀的的固體固體，它的溶解度它的溶解度 ??；是一種弱酸，不能使指示劑變色??；是一種弱酸，不能使指示劑變色 2、物理性質(zhì) 硅酸凝膠硅酸凝膠 經(jīng)干燥脫水后經(jīng)干燥脫水后 得到多孔的硅得到多孔的硅 酸干凝膠，稱酸干凝膠，稱 為為“硅膠硅膠”。 29課堂特制 LOGOLOGO 3 3、硅酸化學(xué)性質(zhì)硅酸化學(xué)性質(zhì) 與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng) 不穩(wěn)定（比不穩(wěn)定（比H H2 2COCO3 3穩(wěn)定），受熱易分解穩(wěn)定），受熱易分解 H2SiO3 = H2O + SiO2 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O 30課堂特制 LOGOLOGO 三、硅酸鹽

12、硅酸鹽是由硅、氧和金硅酸鹽是由硅、氧和金 屬元素組成的化合物的總稱屬元素組成的化合物的總稱 31課堂特制 LOGOLOGO 最簡(jiǎn)單的硅酸鹽是硅酸鈉最簡(jiǎn)單的硅酸鹽是硅酸鈉（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗稱），俗稱泡花堿；泡花堿； 其水溶液俗稱為其水溶液俗稱為水玻璃水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火劑等。，可用作肥皂填料、木材防火劑等。 放入蒸餾水放入蒸餾水 現(xiàn)象現(xiàn)象 結(jié)論結(jié)論 放入放入Na2SiO3溶液溶液 水份蒸發(fā)后不燃燒水份蒸發(fā)后不燃燒 水份蒸發(fā)后，水份蒸發(fā)后， 失去防火作用失去防火作用 防火效果好防火效果好 用作防火劑用作防火劑 P77 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-2 2、硅酸鈉 Na2SiO3 3

13、2課堂特制 LOGOLOGO 花崗巖 33課堂特制 LOGOLOGO 長(zhǎng)長(zhǎng) 石石 34課堂特制 LOGOLOGO 云母石 35課堂特制 LOGOLOGO 滑滑 石石 36課堂特制 LOGOLOGO 石石 棉棉 37課堂特制 LOGOLOGO 高嶺土高嶺土 38課堂特制 LOGOLOGO 粘土粘土 39課堂特制 LOGOLOGO 3 3 硅酸鹽的表示方法硅酸鹽的表示方法用用氧化物氧化物的形的形 式表示式表示 40課堂特制 LOGOLOGO 用氧化物形式表示硅酸鹽的組成 硅酸鈉硅酸鈉Na2SiO3 _ _ 硅酸鈣硅酸鈣CaSiO3_ 高嶺石高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正長(zhǎng)石正長(zhǎng)石KAl

14、Si3O8_ CaO SiO2 41課堂特制 LOGOLOGO 練習(xí)：練習(xí)：如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽 石棉：石棉：CaMg3Si4O12 普通玻璃：普通玻璃： CaNa2Si6O14 鈣沸石：鈣沸石：Ca(Al2Si3O10) 3H2O CaO3MgO4SiO2 CaONa2O6SiO2 CaO Al2O3 3SiO23H2O 42課堂特制 LOGOLOGO 4、硅酸鹽工業(yè)、硅酸鹽工業(yè) 4 4、硅酸鹽工業(yè)、硅酸鹽工業(yè) 43課堂特制 LOGOLOGO 原料： 條件： 黏土黏土 高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié) 44課堂特制 LOGOLOGO 景德鎮(zhèn)陶瓷 45課堂特制 LO

15、GOLOGO 原料：原料： 設(shè)備：設(shè)備： 條件：條件： 主要反應(yīng)：主要反應(yīng)： 主要成份：主要成份： 高溫 高溫 純堿、石灰石、石英純堿、石灰石、石英 硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鈉、硅酸鈣、 高溫熔融高溫熔融 玻璃窯玻璃窯 46課堂特制 LOGOLOGO 47課堂特制 LOGOLOGO 加入了不同的金屬氧化物金屬氧化物 普通玻璃加熱接近熔熔 化化再急速冷卻急速冷卻 48課堂特制 LOGOLOGO 原料：原料： 設(shè)備：設(shè)備： 條件：條件： 主要成份：主要成份： 水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯 黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏 煅燒煅燒 硅酸三鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、 鋁酸三鈣等鋁酸三鈣等 硅酸三鈣(

16、3CaOSiO2) 硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物 鋁酸三鈣(3CaOAl2O3) 49課堂特制 LOGOLOGO 50課堂特制 LOGOLOGO 51課堂特制 LOGOLOGO 其它重要硅化物 nSiC n硅鋼硅鋼（4硅） n硅橡膠硅橡膠 （金剛砂） 52課堂特制 LOGOLOGO 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥 新型無(wú)機(jī)非金屬材料：新型無(wú)機(jī)非金屬材料： 新型陶瓷新型陶瓷 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷 透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等 53課堂特制 LOGOLOGO 1 1、存在形式、存在形式 自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，只

17、有化合態(tài)自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài) 單質(zhì)硅分為晶型和無(wú)定形單質(zhì)硅分為晶型和無(wú)定形 2 2、分布、分布 自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于 氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。 54課堂特制 LOGOLOGO 單質(zhì)硅有晶體和無(wú)定形體，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛單質(zhì)硅有晶體和無(wú)定形體，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛 石類似，石類似，灰黑色、有金屬光澤灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。、硬而脆的固體。 熔沸點(diǎn)高，硬度大，熔沸點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。難溶于水。 硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間

18、，是一種 重要的重要的半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料。材料。 55課堂特制 LOGOLOGO（1 1）與氟氣反應(yīng)：）與氟氣反應(yīng)： （2 2）與氫氟酸反應(yīng)：）與氫氟酸反應(yīng)： （3 3）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)： （4 4）與氯氣反應(yīng)：）與氯氣反應(yīng)： （5 5）與氧氣反應(yīng)：）與氧氣反應(yīng)： Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2= SiCl4 Si+O2=SiO2 4、化學(xué)性質(zhì)： 常溫下反應(yīng) 加熱條件 56課堂特制 LOGOLOGO 5 5、硅的制備：、硅的制備： 反應(yīng)的方程式：反應(yīng)的方程式： SiO2+2C=Si+2CO

19、高溫高溫 工業(yè)上，用工業(yè)上，用碳在高溫下還原二氧化硅碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制的方法可制 得含有少量雜質(zhì)的粗硅。得含有少量雜質(zhì)的粗硅。 制高純度的硅（精硅）的方法：制高純度的硅（精硅）的方法： （1 1）用氯氣提取粗硅中的硅）用氯氣提取粗硅中的硅 （2 2）用氫氣還原四氯化硅得高純度的硅）用氫氣還原四氯化硅得高純度的硅 高溫 高溫 （常溫下呈液態(tài)） 57課堂特制 LOGOLOGO 58課堂特制 LOGOLOGO 硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集成電路、晶體管、硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集成電路、晶體管、 硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制鋁硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制鋁 合金、鐵合金等多種合金。合金、鐵合金等多種合金。 硅硅 芯芯 片片 59課堂特制 LOGOLOGO 太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池 大規(guī)模集成電路 60課堂特制 LOGOLOGO 在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工 業(yè)園區(qū)，稱之為業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷硅谷”，它是現(xiàn)代電子，它是現(xiàn)代電子 工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)明硅在電工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)明硅在電 子工業(yè)革命中起著非常重要作用。子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以以硅硅為為 基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。基礎(chǔ)而制成的晶體管