《無機(jī)非金屬材料的主角-硅及二氧化硅》【教學(xué)PPT課件 高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課】

第四章

非金屬材料及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角—硅1、硅的原子結(jié)構(gòu)硅原子和碳原子的最外電子層均有4個(gè)電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。硅Si+14842+642C一、硅元素在地殼中的含量、存在形式1、含量2、硅的存在形式硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。硅是一種親氧元素,在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態(tài)存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。自然界中硅沒有游離態(tài)。碳—統(tǒng)治有機(jī)界：碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素。硅—統(tǒng)治無機(jī)礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。二、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅（SiO2）（1）SiO2的存在形態(tài)無定形（硅藻土）（石英晶體）瑪瑙水晶水晶瑪瑙(無色透明)(彩色環(huán)帶或?qū)訝?硅石結(jié)晶形（2）二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)CO2的晶體結(jié)構(gòu)SiO2的晶體結(jié)構(gòu)SiO2晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。因此，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。SiO2不是分子式，而是化學(xué)式（晶體中原子個(gè)數(shù)最簡單的整數(shù)比）?！維iO4】四面體結(jié)構(gòu)SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著。光導(dǎo)纖維石英坩堝玻璃儀器精美瓷器

根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，請(qǐng)你分析以下問題：SiO2的物理化學(xué)性質(zhì)是由什么決定的？思考與交流：物理性質(zhì)：難溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大。化學(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不活潑。原因：SiO2的這些性質(zhì)主要與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O①酸性氧化物

與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽

SiO2+CaO==

CaSiO3

（3）化學(xué)性質(zhì):高溫

實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？因?yàn)閴A液會(huì)跟玻璃塞中的SiO2反應(yīng)，生成的硅酸鈉會(huì)把試劑瓶和玻璃塞粘連在一起。硅酸鈉，水溶液俗名“水玻璃”，具有黏性，可用作粘合劑，也可用來制備硅膠和木材防火劑等。②與C的反應(yīng)

SiO2+2C==

Si+2CO↑

高溫③

SiO2不溶于水，不能與水反應(yīng)生成硅酸。HF是唯一可以與SiO2

發(fā)生反應(yīng)的酸，此反應(yīng)用來雕刻玻璃。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O④

與HF的反應(yīng)（SiO2的特性）性質(zhì)二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO==CaSiO3高溫————↑酸性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與氫氟酸反應(yīng)2、實(shí)驗(yàn)室能不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸？不能。HF能腐蝕玻璃，要用塑料瓶裝，制取HF也不能用玻璃器皿而要用鉛皿。1、某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與氫氧化鈉反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?

不正確。因?yàn)槎趸柚桓鷼浞岱磻?yīng)，不能與一般的酸反應(yīng)，只是屬于酸性氧化物?！舅伎寂c交流】2、硅酸（H2SiO3）H2SiO3是很弱的酸（酸性比碳酸還弱）,不能使指示劑變色。

思考：如何制得硅酸？能用SiO2與水反應(yīng)制得嗎？由于SiO2不容于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其它酸反應(yīng)制得的。實(shí)驗(yàn)視頻實(shí)驗(yàn)4-1現(xiàn)象結(jié)論方程式滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的、膠凍狀的硅酸凝膠產(chǎn)生Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl（1）硅酸的制備①不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定），受熱易分解?H2SiO3==H2O+SiO2②弱酸性

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）硅酸的性質(zhì)思考：怎樣由二氧化硅制取硅酸？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反應(yīng)原理：強(qiáng)酸制弱酸（3）硅膠制備：H2SiO3硅酸凝膠硅酸干凝膠“硅膠”用途：

硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。逐漸聚合干燥脫水閱讀課本79頁第1、2自然段后，回答下列問題1、硅單質(zhì)分為哪兩種？2、晶體硅主要物理性質(zhì)是什么？3、晶體硅又怎樣的結(jié)構(gòu)？4、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)如何？Si原子二、硅單質(zhì)(Si)—晶體和無定形1.物理性質(zhì)：

晶體硅是帶有金屬光澤，結(jié)構(gòu)類似金剛石，為硬而脆的灰黑色固體,熔點(diǎn)高，硬度大2.化學(xué)性質(zhì)在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，能與F2、氫氟酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)Si

+

2F2

==

SiF4

Si

+

4HF

==

SiF4↑

+

2H2↑Si

+

2NaOH

+

H2O=Na2SiO3

+2H2↑加熱時(shí)能與O2、Cl2、C等反應(yīng)Si+O2===SiO2Si

+

2Cl2

==

SiCl4Si

+

C

==

SiC閱讀課本81頁第9題，回答下列問題1、工業(yè)上制備高純硅的原理是什么？2、氫氣的作用是什么？3、硅的工業(yè)制法：

粗硅純硅2C+SiO2==Si+2CO↑高溫Si+2Cl2==SiCl4SiCl4+2H2===Si+4HCl高溫4.晶體硅的用途

Si在元素周期表中介于金屬與非金屬的過度位置。晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料利用硅的半導(dǎo)體性質(zhì)硅成為將光能轉(zhuǎn)化為電能常用材料。太陽能電池電腦的中央處理器（CPU）硅芯片的使用，使計(jì)算機(jī)的體積已縮小到筆記本一樣大小了。信息技術(shù)的關(guān)鍵材料2005年3月28日，鄧中翰接受國家主席胡錦濤為他頒發(fā)的共和國最高獎(jiǎng)勵(lì)――國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。“”的誕生徹底改寫了蓬勃發(fā)展的中國IT業(yè)無“芯”的歷史。中國芯晶體硅硅用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，制鋁合金、鐵合金等多種合金。晶體管大規(guī)模集成電路1、信息技術(shù)的關(guān)鍵材料---芯片2、太陽能轉(zhuǎn)化為電能的常用材料---

太陽能電池3、可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件小結(jié)4：晶體硅的用途閱讀p74第3、4自然段及p75，回答下列問題：天然二氧化硅的含量？天然二氧化硅的存在類型有哪些？二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？二氧化硅有哪些物理化學(xué)性質(zhì)？1、關(guān)于二氧化硅說法錯(cuò)誤的是（）A、二氧化硅分子由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成。B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。C、二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，又能與燒堿反應(yīng)，所以它是兩性氧化物