人教版高中化學必修1第四章第一節(jié)無機非金屬材料的主角-Si

1、無機非金屬材料的主角無機非金屬材料的主角SiSi硅材料硅材料建筑材料建筑材料水泥水泥建筑裝飾建筑裝飾材料材料玻璃玻璃無機非金屬材料用作電子器件無機非金屬材料用作電子器件熒光材料熒光材料特殊新型特殊新型 復(fù)合材料復(fù)合材料一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)？請畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖請畫出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖分析：分析： 既不易失去電子，又不易得到電子，主要既不易失去電子，又不易得到電子，主要形成四價的化合物。形成四價的化合物。1、存在及物理性質(zhì)、存在及物理性質(zhì)硅元素以什么樣的形態(tài)存在于自然界？硅元素以什么樣的形態(tài)存在于自然界？硅在地殼中含量僅次于硅在地殼中含量僅次于氧氧，居第，居第2位，位，硅在自然界的存

2、在形硅在自然界的存在形態(tài)：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)態(tài)：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)-二氧化硅、硅酸鹽二氧化硅、硅酸鹽 硅單質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，硅單質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，是很好的半導(dǎo)體材料！晶體硅和無定形硅是很好的半導(dǎo)體材料！晶體硅和無定形硅-同素異同素異形體形體硅硅圖圖4-11 4-11 單晶硅單晶硅圖圖4-11 4-11 單晶硅單晶硅2、Si 化學性質(zhì)化學性質(zhì)與單質(zhì)的反應(yīng)：與單質(zhì)的反應(yīng)：Si + O2 = SiO2Si + 2F2 = SiF4與酸的反應(yīng)與酸的反應(yīng)Si + 4HF = SiF4 + 2H2 Note:與硝酸、硫酸不反應(yīng)與硝酸、硫酸不反應(yīng)與堿的反應(yīng)與堿

3、的反應(yīng) Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 硅的化學性質(zhì)不活波，但在常溫下可以和硅的化學性質(zhì)不活波，但在常溫下可以和氟氣（氟氣（F2）、氫氟酸（）、氫氟酸（HF）和強堿反應(yīng)）和強堿反應(yīng)Si+2Cl2=SiCl4硅的用途的樹形圖硅的用途的樹形圖如何得到如何得到Si Si 呢呢？3、單質(zhì)、單質(zhì)Si的制備的制備在高溫下讓在高溫下讓粗硅粗硅（Si）與）與氯氣氯氣（Cl2）反應(yīng)，其產(chǎn)）反應(yīng)，其產(chǎn)物在高溫下被物在高溫下被氫氣氫氣（H2）還原而得到較純的硅）還原而得到較純的硅SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫（高純硅（高純硅 99.9999999）提純硅提純硅Si +

4、2Cl2= SiCl4高溫高溫粗硅粗硅SiO2 +2C = Si + 2CO高溫高溫粗硅粗硅制粗硅制粗硅用途用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽能電池、硅的合金可用來制造變壓可以制成太陽能電池、硅的合金可用來制造變壓器鐵芯等。器鐵芯等。集成電路 晶體管5.5.用途用途晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間, ,是良是良好的好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料, ,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料. .硅太陽能電池硅太陽能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPU）二、二氧化硅（二、二氧化硅（SiO

5、2）石英石英光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維水晶水晶 石英、沙子、瑪瑙和硅藻土等石英、沙子、瑪瑙和硅藻土等。 天然的二氧化硅分為晶體和無定形兩類天然的二氧化硅分為晶體和無定形兩類。1、SiO2的的存在存在在在SiO2的晶體中，每個硅原子與的晶體中，每個硅原子與 個氧原子結(jié)合，每個氧個氧原子結(jié)合，每個氧原子與原子與 個硅原子結(jié)合，即個硅原子結(jié)合，即SiO2晶體是由晶體是由Si和和O按按 的的比例所組成的比例所組成的 空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體?？臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。2、 SiO2的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)421 2正四面體正四面體將晶體硅結(jié)構(gòu)中的每一個將晶體硅結(jié)構(gòu)中的每一個“硅硅-硅硅”共價鍵打開，并在其間夾入一共價鍵打開，并在其間夾

6、入一個氧原子，就形成了二氧化硅的晶體。這樣，個氧原子，就形成了二氧化硅的晶體。這樣，每個硅原子和四個氧每個硅原子和四個氧原子原子以共價鍵結(jié)合，形成以該硅原子為中心的以共價鍵結(jié)合，形成以該硅原子為中心的正四面體型正四面體型結(jié)構(gòu)，這結(jié)構(gòu)，這種正四面體型結(jié)構(gòu)向空間伸展，就形成了具有種正四面體型結(jié)構(gòu)向空間伸展，就形成了具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子的原子晶體。由于每個氧原子同時和兩個硅原子成鍵，所以二氧化硅晶體晶體。由于每個氧原子同時和兩個硅原子成鍵，所以二氧化硅晶體中，中，硅氧原子數(shù)之比為硅氧原子數(shù)之比為1:2，SiO2只表示一種比例關(guān)系，并不表示晶只表示一種比例關(guān)系，并不表示晶體中存在體中存在

7、SiO2的小分子。的小分子。3、SiO2的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)二氧化硅是二氧化硅是 、 、 的主要成分，具有硬的主要成分，具有硬度度 、熔點、熔點 、 導(dǎo)電、不溶于水等性質(zhì)。導(dǎo)電、不溶于水等性質(zhì)。巖石巖石沙子沙子土壤土壤大大高高不不 瓶塞被粘住一個盛放瓶塞被粘住一個盛放NaOH試劑瓶不能打開，瓶塞試劑瓶不能打開，瓶塞被粘住的原因是什么被粘住的原因是什么？怎樣才能打開怎樣才能打開？ 學校校友送給母校玻璃鏡面上字（圖片），字是怎學校校友送給母校玻璃鏡面上字（圖片），字是怎樣弄上去的樣弄上去的？請討論！請討論！酸性氧化物的通性酸性氧化物的通性SiO2CaO SiO2 NaOH=與碳的反應(yīng)：與碳的反應(yīng)：

8、SiO2 C與氫氟酸的反應(yīng)：與氫氟酸的反應(yīng)：SiO24HF=4、SiO2的化學性質(zhì)及用途的化學性質(zhì)及用途CaSiO32Si2COSiF42H2O2Na2SiO3H2O用途：用途：SiO2可用于制造可用于制造 、石英坩堝、飾物等。、石英坩堝、飾物等。光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)（應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)）在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)（應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)）SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3SiO2 + CaCO3 = CO2 + CaSiO3高溫高溫思考：思考：C與與Si同屬第同屬第IVA元素，原子最外層電子數(shù)目相同，其相應(yīng)的氧元素，原子最外層電子數(shù)目相同，其相應(yīng)的氧化物化物CO2與

9、與SiO2性質(zhì)有哪些異同點？性質(zhì)有哪些異同點？提示：提示：CO2與與SiO2比較比較二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅存在存在物理性質(zhì)物理性質(zhì)化化學學性性質(zhì)質(zhì)與水與水與酸與酸與與NaOH溶液溶液與與CaO與鹽與鹽用途用途SiO2與與CO2SiO2與與CO2那個說分子式那個說化學式？為什么那個說分子式那個說化學式？為什么硅元素硅元素單質(zhì)硅單質(zhì)硅Si + F2Si + HFSi + NaOH 加熱能與某加熱能與某些非金屬單些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（質(zhì)反應(yīng)（O2、Cl2）O2二氧化硅是光導(dǎo)纖維二氧化硅是光導(dǎo)纖維的主要原料，光導(dǎo)纖的主要原料，光導(dǎo)纖維可用作通訊材料和維可用作通訊材料和制造醫(yī)用內(nèi)窺鏡等制造醫(yī)用內(nèi)窺

10、鏡等硅可制造集成路、硅可制造集成路、太陽能電池等；硅太陽能電池等；硅合金可用來制造變合金可用來制造變壓器鐵芯、耐酸設(shè)壓器鐵芯、耐酸設(shè)備等。備等。C 高溫高溫HF無游離態(tài)無游離態(tài)常溫不活潑常溫不活潑只有化合態(tài)只有化合態(tài)SiO2硅酸鹽硅酸鹽Na2SiO3、CaSiO3堿堿堿性氧化物堿性氧化物三、硅酸三、硅酸(H2SiO3)思考：硅酸（思考：硅酸（H2SiO3）能通過二氧化硅與水反應(yīng)制得嗎？）能通過二氧化硅與水反應(yīng)制得嗎？為什么？為什么？ 1、不溶于水，酸性比碳酸弱。、不溶于水，酸性比碳酸弱。 硅酸是一種弱酸，它不溶于水，不能使硅酸是一種弱酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。指

11、示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。硅硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為稱為“硅膠硅膠”。 實驗實驗4-1：向飽和：向飽和Na2SiO3溶液中滴入溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸酚酞，再滴入稀鹽酸現(xiàn)現(xiàn) 象象結(jié)結(jié) 論論方程式方程式 滴入酚酞溶液呈滴入酚酞溶液呈紅色紅色Na2SiO3呈堿性呈堿性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl實驗探究：實驗探究：滴入鹽酸有硅酸凝膠產(chǎn)生滴入鹽酸有硅酸凝膠產(chǎn)生硅酸難溶于水硅酸難溶于水2、制備：較強酸與可溶硅酸鹽溶液、制備：較強酸與可溶硅酸鹽溶液Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2

12、SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3 硅酸是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，受熱干燥失硅酸是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，受熱干燥失水。水。生成的生成的H4SiO4叫原硅酸，是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，叫原硅酸，是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸。在干燥的空氣中易失水變成硅酸。 H4SiO4=H2SiO3+H2O 3、用途：、用途： 硅酸在水中易聚合形成膠體。濃度較小時硅酸在水中易聚合形成膠體。濃度較小時 ；濃度較大時濃度較大時 。硅酸凝膠干燥脫水。硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠，硅酸干凝膠，又稱硅膠，吸附水的能力強，常用作又稱硅膠，吸附水的能力強，常用作 ，也

13、用作，也用作催化劑的載體。催化劑的載體。無色透明液體無色透明液體凝膠凝膠干燥劑干燥劑小結(jié)小結(jié)作業(yè)布置作業(yè)布置【例【例1】 下列說法正確的是下列說法正確的是()A二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng)不能與任何酸反應(yīng)B根據(jù)反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)SiO2CaCO3 = CaSiO3CO2可可推知硅酸酸性比碳酸強推知硅酸酸性比碳酸強C二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸D晶體硅常被用來制造光導(dǎo)纖維晶體硅常被用來制造光導(dǎo)纖維高溫高溫C【練習】下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學反應(yīng)完成【練習】下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化

14、學反應(yīng)完成的是（的是（ ） ACO2H2CO3 BSiO2Na2SiO3 CNa2O2Na2CO3 DSiO2H2SiO3D【例【例2】 1 mol SiO2晶體中含有晶體中含有SiO共價鍵的物質(zhì)的量是共價鍵的物質(zhì)的量是()A1 mol B2 mol C3 mol D4 molD 【例【例3】硅單質(zhì)和碳單質(zhì)及相應(yīng)氧化物、氫化物、鹽在性質(zhì)上有硅單質(zhì)和碳單質(zhì)及相應(yīng)氧化物、氫化物、鹽在性質(zhì)上有很多相似的地方。如它們的最高價氧化物都是酸性氧化物，都能很多相似的地方。如它們的最高價氧化物都是酸性氧化物，都能與堿反應(yīng)生成鹽和水，都能和堿性氧與堿反應(yīng)生成鹽和水，都能和堿性氧 化物化物(如如CaO)反應(yīng)生成鹽

15、等；反應(yīng)生成鹽等；它們的氫化物都能燃燒生成對應(yīng)的氧化物和水。把河沙它們的氫化物都能燃燒生成對應(yīng)的氧化物和水。把河沙(主要成分主要成分是是SiO2)跟鎂粉按一定質(zhì)量比跟鎂粉按一定質(zhì)量比(稍大于稍大于15 24)混合均勻，裝入試管混合均勻，裝入試管中中加熱加熱大約大約1分鐘后發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成一種分鐘后發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成一種白色固體化合物白色固體化合物和一和一種種硅化物硅化物。待生成的混合物冷卻后放入盛有稀硫酸的燒杯中，立。待生成的混合物冷卻后放入盛有稀硫酸的燒杯中，立即產(chǎn)生氣泡并伴有爆炸聲，產(chǎn)生的氣體是一種能在空氣中自燃的即產(chǎn)生氣泡并伴有爆炸聲，產(chǎn)生的氣體是一種能在空氣中自燃的氣態(tài)氫化物。氣態(tài)氫

16、化物。(1)寫出河沙與鎂粉在加熱條件下反應(yīng)的化學方程式：寫出河沙與鎂粉在加熱條件下反應(yīng)的化學方程式：_，該，該 反應(yīng)是反應(yīng)是_反應(yīng)反應(yīng)(填填“放熱放熱”或或“吸熱吸熱”)。(2)生成的混合物放入稀硫酸中，產(chǎn)生的氣體是生成的混合物放入稀硫酸中，產(chǎn)生的氣體是(填化學填化學式式)_。(3)寫出產(chǎn)生寫出產(chǎn)生“爆炸聲爆炸聲”的化學方程式：的化學方程式：_。1)SiO24Mg =?= Mg2Si2MgO放熱放熱(2)SiH4(3)SiH42O2 = SiO22H2O【例【例4】.工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗工業(yè)上，用焦炭在高溫下還原石英砂可制得粗硅硅SiO22CSi(粗粗)2CO ，又能跟氯氣

17、反應(yīng)經(jīng)，又能跟氯氣反應(yīng)經(jīng)提純得到提純得到 SiCl4后再用氫氣還原制得純硅：后再用氫氣還原制得純硅：Si(粗粗)2Cl2SiCl4 ，SiCl42H2Si(純純)4HCl。根據(jù)。根據(jù)以上反應(yīng)回答下列問題：以上反應(yīng)回答下列問題：（1）反應(yīng)）反應(yīng)中焦炭做（中焦炭做（ ）A.還原劑還原劑 B.氧化劑氧化劑 C.二者都不是二者都不是（2）反應(yīng)）反應(yīng)屬于（屬于（ ），反應(yīng)），反應(yīng)屬于（屬于（ ）A.化合反應(yīng)化合反應(yīng) B.分解反應(yīng)分解反應(yīng) C.氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) D.非氧化還原反應(yīng)非氧化還原反應(yīng) E.置換反應(yīng)置換反應(yīng)AA CC E【例題【例題5】、為確認】、為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸

18、性強的酸性強弱，有人設(shè)計用如右圖裝置，一次實驗即可達到目的弱，有人設(shè)計用如右圖裝置，一次實驗即可達到目的（不必再選用其它酸性溶液）。請依據(jù)此實驗填空：（不必再選用其它酸性溶液）。請依據(jù)此實驗填空：（1）錐形瓶內(nèi)裝某可溶性正鹽固體，分液漏斗中所）錐形瓶內(nèi)裝某可溶性正鹽固體，分液漏斗中所盛試劑是盛試劑是_ 。（2）裝置）裝置B所盛試劑是所盛試劑是_，裝置，裝置B所盛所盛試劑的作用是試劑的作用是_。（3）裝置）裝置C所盛試劑是所盛試劑是_，出現(xiàn)的現(xiàn)象，出現(xiàn)的現(xiàn)象是是_。 鹽酸鹽酸 飽和飽和NaHCONaHCO3 3溶液溶液 除除COCO2 2中含有的中含有的HClHCl NaNa2 2SiOSiO3

19、 3溶液溶液 產(chǎn)生白色凝膠產(chǎn)生白色凝膠 三、硅酸鹽三、硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學性質(zhì)很穩(wěn)定結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學性質(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，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。是制備硅膠和木材防火劑等的原料。是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。實驗實驗4-24-2放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當水分蒸當水分蒸發(fā)后燃燒發(fā)后燃燒當水分蒸發(fā)后當水分蒸發(fā)后不易燃燒不易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制備木材防制備木材防

20、火劑的原料火劑的原料硅酸鹽組成表示硅酸鹽組成表示硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3) 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石鈣沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)2長長石石滑滑石石石石棉棉高嶺土高嶺土粘土粘土硅酸鹽的豐富性和多樣性（閱讀硅酸鹽的豐富性和多樣性（閱讀P P7777）人面魚紋盆人面魚紋盆傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)無機非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻

21、璃閱讀教材閱讀教材78-79硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥陶瓷陶瓷日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具生產(chǎn)原料：黏土生產(chǎn)原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)過程：混合生產(chǎn)過程：混合- -成型成型- -干燥干燥- -燒結(jié)燒結(jié)- -冷卻冷卻主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型絕緣、易成型陶陶 瓷瓷玻璃玻璃生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生產(chǎn)設(shè)備：玻璃熔爐生產(chǎn)設(shè)備：玻璃熔爐反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶體，無固定的熔點主要特性：非晶體，無固定的熔點高溫高溫SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫高溫玻玻 璃璃