新課標(biāo)-無機非金屬材料的主角-lin硅課件

1、材料材料無機非金屬材料無機非金屬材料金屬材料金屬材料高分子材料高分子材料材料的分類材料的分類傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料 硅酸鹽材料 半導(dǎo)體材料、超硬耐高溫材料 、 發(fā)光材料等 金屬、合金 塑料、合成橡膠、合成纖維 材料是人類材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，一直是人類進(jìn)步的一個重要里程碑。一直是人類進(jìn)步的一個重要里程碑。材料的發(fā)材料的發(fā)展史就是一部人類文明史。展史就是一部人類文明史。 沒有感光材料，我們就無法留下青春的回憶；沒有感光材料，我們就無法留下青春的回憶；沒有特殊的熒光材料，就沒有彩色電視；沒有特殊的熒光材料，就

2、沒有彩色電視；沒有沒有高純的單晶硅，就沒有今天的高純的單晶硅，就沒有今天的計算機技術(shù)計算機技術(shù)；沒沒有低損耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光通訊；有低損耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光通訊；沒有有機高分子材料，人們的生活也不可能像沒有有機高分子材料，人們的生活也不可能像今天這樣豐富多彩。今天這樣豐富多彩。 可見，科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步往往受到材可見，科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步往往受到材料的制約。料的制約。社會需要材料社會需要材料, ,材料離不開化學(xué)。材料離不開化學(xué)。發(fā)現(xiàn): 非金屬位于元素周期表的什么位置非金屬位于元素周期表的什么位置?它們與人類的生存環(huán)境它們與人類的生存環(huán)境、生活和生生活和生產(chǎn)有何關(guān)系產(chǎn)

3、有何關(guān)系? ?41 無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角-硅硅硅元素在地殼中的含量硅元素在地殼中的含量 第二位，僅次于氧。第二位，僅次于氧。硅的分布與存在硅的分布與存在 分布分布：是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。：是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。存在存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)硅在自然界中以什么形式存在？硅在自然界中以什么形式存在？思考：思考：碳硅有無單質(zhì)有無主要存在形式石灰?guī)r、碳酸鹽氧化物、硅酸鹽氧化物、硅酸鹽可能的原因 碳、硅都是碳、硅都是親氧元素親氧元素。 硅的親氧性強于碳的親氧性。硅的化合物構(gòu)成了地殼中大部分的巖硅的化合物構(gòu)成了地殼中大部分的巖石石、沙子和土壤沙子和

4、土壤,約占地殼質(zhì)量的約占地殼質(zhì)量的90%以上以上.一、一、硅單質(zhì)硅單質(zhì)1 、原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)+142 8 4硅和碳一樣硅和碳一樣,其原子既不其原子既不易失去又不易得到電子易失去又不易得到電子,主要形成四價的化合物主要形成四價的化合物.硅單質(zhì)硅單質(zhì)2、Si的性質(zhì)的性質(zhì)灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。固體。熔點高熔點高(1410) ，硬度大。，硬度大。（類似于金剛石）（類似于金剛石）導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間（1）物性）物性硅有晶體硅和無定形硅兩種。硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅晶體硅良好的半導(dǎo)體材料良好的半導(dǎo)體材料（2）化學(xué)性質(zhì)：常溫下不

5、活潑）化學(xué)性質(zhì)：常溫下不活潑 硅在元素周期表中處于金屬與非金屬的過度位硅在元素周期表中處于金屬與非金屬的過度位置。置。 （1）半導(dǎo)體材料）半導(dǎo)體材料：硅可用來制造集成電路、：硅可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件；晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件； （2）硅硅太陽能電池太陽能電池 （3）合金材料（）合金材料（導(dǎo)磁性、耐酸性合金導(dǎo)磁性、耐酸性合金）3、硅的用途、硅的用途 P68半導(dǎo)體晶體管及芯半導(dǎo)體晶體管及芯片的出現(xiàn)片的出現(xiàn),促進(jìn)了促進(jìn)了信息技術(shù)革命信息技術(shù)革命.大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路太陽能電池二、二、SiO2硅是一種硅是一種親氧元素親氧元素,在自然界在自然界中它總是與氧相互化合的

6、中它總是與氧相互化合的(與與碳不同碳不同)硅硅氧化物氧化物硅酸鹽硅酸鹽碳碳石灰?guī)r石灰?guī)r碳酸鹽碳酸鹽氧化物氧化物CO2有機物有機物存在形式存在形式金剛石金剛石石墨石墨1. 存在存在 硅石硅石(天然天然SiO2)約占地殼質(zhì)量的約占地殼質(zhì)量的12%結(jié)晶形結(jié)晶形（石英）（石英）無定形無定形（硅藻土）（硅藻土）水晶水晶瑪瑙瑪瑙無色透明無色透明具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝罹哂胁噬h(huán)帶狀或?qū)訝钏ЬК敩?瑙瑙2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了SiOSiO2 2具具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)質(zhì)石英玻璃石英玻璃瑪瑙首飾瑪瑙首飾石英手表石英手表石英鐘石英鐘高級工藝品高級工藝品眼鏡眼鏡精密儀器軸承精

7、密儀器軸承光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維3、用途用途純凈的純凈的SiOSiO2 2是制備光導(dǎo)纖維等是制備光導(dǎo)纖維等光纖制品的原料光纖制品的原料現(xiàn)代光纖之父現(xiàn)代光纖之父高錕高錕高錕高錕：2009年度諾貝爾物理學(xué)獎得主，華人高錕年度諾貝爾物理學(xué)獎得主，華人高錕發(fā)明了發(fā)明了石英玻璃石英玻璃，制造出世界上第一根光導(dǎo)纖維，制造出世界上第一根光導(dǎo)纖維，因此被冠以因此被冠以“光纖之父光纖之父”的稱號。美國耶魯大學(xué)校的稱號。美國耶魯大學(xué)校長在授予他長在授予他“榮譽科學(xué)博士學(xué)位榮譽科學(xué)博士學(xué)位”的儀式上說：的儀式上說：“你的發(fā)明改變了世界通訊模式，為信息高速公路你的發(fā)明改變了世界通訊模式，為信息高速公路奠下基石奠下基石”。

8、1966年，高錕年，高錕提出了用玻璃代替銅提出了用玻璃代替銅線的大膽設(shè)想線的大膽設(shè)想：利用玻璃清澈、透明的性質(zhì)，使用：利用玻璃清澈、透明的性質(zhì)，使用光來傳送信號。他當(dāng)時的出發(fā)點是想改善傳統(tǒng)的通光來傳送信號。他當(dāng)時的出發(fā)點是想改善傳統(tǒng)的通訊系統(tǒng)，使它傳輸?shù)男畔⒘扛?、速度更快。對這訊系統(tǒng)，使它傳輸?shù)男畔⒘扛?、速度更快。對這個設(shè)想，許多人都認(rèn)為匪夷所思，甚至認(rèn)為高錕神個設(shè)想，許多人都認(rèn)為匪夷所思，甚至認(rèn)為高錕神經(jīng)有問題。但高錕經(jīng)過理論研究，充分論證了光導(dǎo)經(jīng)有問題。但高錕經(jīng)過理論研究，充分論證了光導(dǎo)纖維的可行性。不過，他為尋找那種纖維的可行性。不過，他為尋找那種“沒有雜質(zhì)的沒有雜質(zhì)的玻璃玻璃”也費

9、盡周折。也費盡周折。 （1）SiO2制品的用途與其體現(xiàn)的物理性質(zhì)連線制品的用途與其體現(xiàn)的物理性質(zhì)連線 SiO2的制品的制品 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 光導(dǎo)纖維 熔點高石英坩堝 光的折射效果好瑪瑙制精密軸承 硬度大 水晶杯 難溶于水 4、物理、物理 性質(zhì)性質(zhì):_ 硬度大、熔點高、難溶于水硬度大、熔點高、難溶于水 CO2SiO2物質(zhì)分類物質(zhì)分類與堿性氧化與堿性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與水反應(yīng)均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反應(yīng)

10、不反應(yīng)5、化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)與與CO2類比類比： CO2作為一種酸性氧化物，可以與堿、堿作為一種酸性氧化物，可以與堿、堿 性氧化物等物質(zhì)反應(yīng)性氧化物等物質(zhì)反應(yīng)SiO2 2OHSiO32H2O化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性討論：討論：為什么實驗室為什么實驗室中盛放堿液的中盛放堿液的試劑瓶用橡皮試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞而不用玻璃塞塞? SiO2 2OHSiO32H2O因為堿液會跟玻因為堿液會跟玻璃塞中的璃塞中的SiO2反反應(yīng)，生成的應(yīng)，生成的硅酸硅酸鹽會把試劑瓶和鹽會把試劑瓶和玻璃塞粘連在一玻璃塞粘連在一起起。實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？因為：因為：HF能腐蝕玻璃，

11、能腐蝕玻璃，所以：所以：不能用玻璃瓶而要用塑料瓶。不能用玻璃瓶而要用塑料瓶。從到硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法制粗硅制粗硅SiO2+2C=Si+2CO粗硅提純粗硅提純Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl三三.硅酸（硅酸（H2SiO3）H2SiO3:很弱的酸（很弱的酸（酸性比碳酸還弱酸性比碳酸還弱），溶解度很?。芙舛群苄∪绾沃频霉杷崛绾沃频霉杷?？能用能用SiO2與水反應(yīng)制得嗎與水反應(yīng)制得嗎？為什么？為什么？由于由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通過不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其它酸反應(yīng)制得的?？扇苄怨杷猁}與其它酸反應(yīng)制得的。硅酸的制備 實驗步驟實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)

12、象結(jié)論和解釋結(jié)論和解釋在試管中加入在試管中加入2ml飽和飽和Na2SiO3溶液，溶液，滴入滴入12滴酚酞溶液滴酚酞溶液溶液顏色由無色變?nèi)芤侯伾蔁o色變成成 色色Na2SiO3溶液呈溶液呈 性性再用膠頭滴管逐滴再用膠頭滴管逐滴入稀鹽酸，邊加邊入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液顏色振蕩，至溶液顏色變淺并接近消失時變淺并接近消失時停止。停止。溶液顏色由溶液顏色由 色逐色逐漸變成漸變成 色，最后色，最后出現(xiàn)出現(xiàn) 化學(xué)方程式：化學(xué)方程式： 酸性強弱：酸性強弱：鹽酸鹽酸 硅酸硅酸紅紅堿堿紅紅無無 透明的硅酸溶膠透明的硅酸溶膠Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl大于大于 若要比較碳酸和硅酸的酸

13、性強弱，若要比較碳酸和硅酸的酸性強弱，你會如何設(shè)計實驗?zāi)?？你會如何設(shè)計實驗?zāi)?？四、硅酸鹽、硅酸鹽硅酸鹽是由硅硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。氧和金屬組成的化合物的總稱。結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般不溶于水一般不溶于水化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3),其水溶液俗稱水玻璃其水溶液俗稱水玻璃實驗4-2放入放入蒸餾水蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論作木材防火作木材防火劑劑作肥皂填料作肥皂填料黏膠劑黏膠劑當(dāng)水分蒸發(fā)后當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火P66土壤與土壤與Si及及Al的關(guān)系的關(guān)系生生物物陶陶瓷瓷結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷硅酸鹽組成表示硅酸鹽組成表示硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3): Na2OSiO2普通玻璃普通玻璃: Na2OCaO6SiO2黏土的主要成分黏土的主要成分:Al2O3 2SiO2 2H2O碳化硅碳化硅(金剛砂金剛砂,SiC)硅鋼硅鋼硅橡膠硅橡膠分子篩分子篩P674567231碳族元素在元素周期表中的位置碳族元素在元素周期表中的位置CSiGeSnPbA周期實驗4-1現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論化學(xué)方程式化學(xué)方程式溶液呈紅色溶液呈紅色,加入鹽酸溶液紅色變淺并加入鹽酸溶液紅色變淺并接近消失時接近消失時,