硅及其化合物省賽一等獎(jiǎng)

第四章第一節(jié)硅無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料的主角---硅硅元素silicon在地殼中的含量氧486%硅263%鋁773%鐵475%鈣345%鈉274%鉀247%鎂200%氫016%其他120%硅263%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。

自然界有沒有游離態(tài)的硅？一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料太陽能電池觀察以下三幅圖，晶體硅具有怎樣的物理性質(zhì)？晶體硅的物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)類似金剛石，晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)處于金屬非金屬的交界處最早應(yīng)用的半導(dǎo)體材料應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料硅是非金屬，為何會(huì)具有金屬的性質(zhì)？

從晶體結(jié)構(gòu)及原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅，并總結(jié)硅的化學(xué)性質(zhì)。硅與碳一樣，最外層4個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中既不易失去又不易得到電子，主要形成正四價(jià)化合物?！换顫?、化學(xué)性質(zhì)——不活潑（1）與單質(zhì)Si2NaOHH2O＝Na2SiO32H2↑Si+O2＝SiO2為何自然界沒有游離態(tài)的硅？硅是親氧元素，在地殼形成的高溫環(huán)境條件下，硅與氧形成穩(wěn)定的SiO2Si2F2=SiF4Si2H2＝SiH4Si+2Cl2＝SiCl4（2）與氫氟酸Si4HF=SiF4↑2H2↑（3）與強(qiáng)堿溶液高溫3、單質(zhì)硅的制取SiO2+2C＝Si+2CO高溫粗制精制Si+2Cl2＝SiCl4高溫SiCl4+2H2＝Si+4HCl高溫置換反應(yīng)價(jià)值5元的沙子SiO2Si點(diǎn)沙成金價(jià)值5000元的芯片③制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料④含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯⑤含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備①半導(dǎo)體材料；硅芯片②太陽能電池晶體管、集成電路、硅整流器、太陽能電池、硅合金等。3、硅的用途半導(dǎo)體材料晶體管集成電路硅芯片衛(wèi)星的翅膀太陽能汽車的尾巴在太陽能方面的利用太陽能電池在美國舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。硅在電子工業(yè)中的重要作用二、二氧化硅1二氧化硅SiO2硅石(天然)結(jié)晶形（石英）無定形（硅藻土）純凈的SiO2晶體叫做水晶。石英具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇iO2的天然存在：水晶純凈的二氧化硅觀察SiO2的外觀，總結(jié)SiO2物理性質(zhì)石英水晶紫水晶薔薇石英茶晶黃水晶瑪瑙硅藻土2二氧化硅物理性質(zhì):硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水二氧化碳物理性質(zhì)：CO2是一種無色能溶于水的氣體，固態(tài)CO2俗稱干冰。SiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)（2）化學(xué)性質(zhì):通常條件下，很穩(wěn)定交流與研討1從物質(zhì)組成和性質(zhì)角度來分類，SiO2屬于哪類物質(zhì)？2SiO2可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？學(xué)生總結(jié)：3、化學(xué)性質(zhì)1酸性氧化物：思考：NaOH溶液為什么不盛裝在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中？____高溫SiO2＋CaOCaSiO3

SiO2

＋2NaOH

＝

Na2SiO3

＋H2O、

常用的礦物膠因?yàn)椴ＡУ闹饕煞质嵌趸?，易與堿液反應(yīng)生成對應(yīng)的硅酸鹽，將瓶蓋粘合SiO2坩堝（陶瓷）能用來熔融燒堿？學(xué)生總結(jié)：3、化學(xué)性質(zhì)

SiO24HF=SiF4↑2H2O2特性注意：利用該反應(yīng)可以雕刻玻璃不能。因?yàn)椴Ａ恐泻械腟iO2會(huì)與HF反應(yīng),最好用特制的塑料瓶能否用玻璃試劑瓶盛氫氟酸，為什么？應(yīng)用什么瓶盛放？在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟［拓展］有人認(rèn)為SiO2既能和堿反應(yīng)又能和酸反應(yīng)，所以應(yīng)認(rèn)為它是一種兩性氧化物。你同意這種看法嗎？［解答］不同意這種看法。因?yàn)镾iO2它只能與HF反應(yīng),與其他酸不反應(yīng)3在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)SiO2Na2CO3===CO2Na2SiO3高溫SiO2CaCO3===CO2CaSiO3高溫4弱的氧化性SiO22C===Si2CO高溫2化學(xué)性質(zhì)—性質(zhì)穩(wěn)定，不活潑小結(jié):化合物化學(xué)性質(zhì)二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)相同點(diǎn)酸性氧化物與強(qiáng)堿反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)與水反應(yīng)

弱氧化性特殊性SiO2+CaO=CaSiO3

高溫CO2+H2OH2CO3

CO2+C=2CO高溫

SiO2+2C=Si+2CO↑高溫SiO24HF=SiF4↑2H2OCO22NaOH=Na2CO3H2OCO2CaO=CaCO3與氫氟酸不反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O不反應(yīng)酸性氧化物（4）用途裝飾品石英坩堝光導(dǎo)纖維石英手表光學(xué)儀器耐磨器皿SiO2精密儀器軸承石英制品水晶制品--------------------------------------------------------光導(dǎo)纖維光纜光學(xué)纖維胃鏡二、硅酸H2SiO3很弱的酸,酸性比碳酸弱，不能使指示劑變色2、不穩(wěn)定（比H2CO3穩(wěn)定）受熱易分解：難溶于水。無色膠狀固體H2SiO3==SiO2+H2O△1、物理性質(zhì)2、化學(xué)性質(zhì)（1與強(qiáng)堿反應(yīng)H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O思考：CO2＋H2O＝H2CO3，但是SiO2不能與水直接化合成H2SiO3。那怎樣制備H2SiO3呢？向飽和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀鹽酸現(xiàn)象結(jié)論方程式滴入酚酞溶液呈紅色，滴入鹽酸有透明的硅酸凝膠產(chǎn)生Na2SiO3呈堿性，硅酸難溶于水Na2SiO32HCl=H2SiO3膠體2NaCl實(shí)驗(yàn)4-13、硅酸制備如何通過反應(yīng)證明酸性比碳酸還弱Na2SiO3CO2H2O==Na2CO3H2SiO3↓向硅酸鹽溶液中加入鹽酸或通入CO2Na2SiO3溶液大理石+稀鹽酸稀鹽酸大理石飽和碳酸氫鈉溶液硅酸鈉溶液學(xué)生實(shí)驗(yàn)想一想敞口存放的硅酸鈉溶液為什么變渾濁？現(xiàn)象：生成白色凝膠結(jié)論：硅酸鈉溶液可以和CO2反應(yīng)生成硅酸，所以要密閉保存試劑二氧化硅氫氧化鈉溶液氫氟酸濃硫酸試劑瓶細(xì)口瓶，磨口塞廣口瓶細(xì)口塑料瓶細(xì)口瓶，橡皮塞練習(xí)1、實(shí)驗(yàn)室有幾種試劑，根據(jù)它們各自的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┢渴⒎?。請?jiān)趯?yīng)的各種試劑瓶和所裝試劑之間進(jìn)行連線。2、下列說法正確的是（）A．SiO2溶于水顯酸性B．CO2通入水玻璃硅酸鈉的水溶液）可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶體中不存在單個(gè)SiO2分子BD4、硅膠硅酸濃度較小---硅酸溶膠，硅酸濃度較大---硅酸凝膠硅酸凝膠干燥脫水——硅酸干凝膠，稱為硅膠，（SiO2）干燥劑，催化劑載體原硅酸H4SiO4白色膠狀沉淀，弱酸硅酸可看成原硅酸失去一個(gè)水得到的常見硅酸鹽礦物思考:

看書學(xué)習(xí)如何將硅酸鹽用氧化物的形式表示？四、硅酸鹽2、大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定1、是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用SiO2和金屬氧化物組合形式表示金屬氧化物寫在前面，再寫SiO2，最后寫H2O；氧化物之間用“·”隔開。注意:改寫后應(yīng)與原來化學(xué)式中的原子個(gè)數(shù)比一樣。粘土：Al2Si2O5OH4 長石：AlSi3O82O·Al2O3·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O要領(lǐng)：各元素寫成相應(yīng)的氧化物，化合價(jià)不變，元素守恒格式：金屬氧化物·二氧化硅·水各氧化物前系數(shù)為最簡整數(shù)比順序：金屬按活動(dòng)順序表硅酸鹽的鹽氧化物法書寫規(guī)律用氧化物形式表示下列硅酸鹽：1蛇紋石：H4Mg3Si2O92鈣長石：CaAl2SiO63石棉：CaMg3Si4O124長石：AlSi3O85普通玻璃：CaNa2Si6O14·2SiO2·2H2O·Al2O3·SiO2·3MgO·4SiO2·Al2O3·6SiO2·Na2O·6SiO2五、硅酸鈉1硅酸鈉（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗稱為水玻璃，呈堿性，可制備硅膠、木材防火劑、建筑、紙張的黏膠劑等。實(shí)驗(yàn)探究2取兩條一樣的干燥布條，分別放入蒸餾水和硅酸鈉飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干后，分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。思考·交流放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結(jié)論燃燒無明火，不燃燒Na2SiO3不易燃燒，可作防火劑無機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃六硅酸鹽產(chǎn)品交流·研討硅酸鹽產(chǎn)品簡介硅酸鹽產(chǎn)品水泥

陶瓷玻璃制造原料黏土、石灰石、石膏黏土、石英砂純堿、石灰石、石英主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窖玻璃窖生產(chǎn)條件高溫煅燒高溫?zé)Y(jié)高溫熔融主要成分硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣復(fù)雜，主要是硅酸鹽硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅生產(chǎn)共同點(diǎn)都在高溫下，發(fā)生了復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，原料都有含硅的物質(zhì)，產(chǎn)品都含有硅酸鹽，且都是混合物?？茖W(xué)視野水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃A原料：純堿、石灰石、過量石英（SiO2B設(shè)備：玻璃熔爐C條件：高溫熔融D成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2E主要反應(yīng)：Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2↑CaCO3SiO2=CaSiO3CO2↑F種類：普通玻璃、鋼化玻璃、有色玻璃、光學(xué)玻璃、防彈玻璃、鉛玻璃等1:1:61:1:4種類特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)纖維、壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片；照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材；微波通訊器材;汽車、火車窗玻璃等幾種特種玻璃景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)名瓷之一的粉彩瓷享有盛譽(yù)的中國古代陶瓷高壓鈉燈透明氧化鋁陶瓷科學(xué)視野生物陶瓷應(yīng)用科學(xué)視野用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷做的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片科學(xué)視野氮化硅陶瓷氧化鋁透明陶瓷管具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。硅鋼（鐵合金）導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯分子篩：具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O

主要作吸附劑和催化劑硅橡膠：既耐高溫又耐低溫制造飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈的零件和絕緣材料1．用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，不正確的是A．鈣沸石CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石Mg2SiO42MgO·SiO2C．長石AlSi3O82O·Al2O3·3SiO2D．高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2OC2．屬于硅酸鹽材料的是①水泥②玻璃③陶瓷④水晶A．①③④B．②③④C．①②④D．①②③D3．下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途敘述不正確的是

A．水玻璃是一種礦物膠，不能燃燒B．在建筑工業(yè)上可作黏合劑C．木材、織物浸過水玻璃后，不易燃燒D．水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)D當(dāng)堂檢測1有關(guān)硅元素的下列敘述中正確的是（）A．硅與任何酸都不反應(yīng)B．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。C．硅的性質(zhì)很穩(wěn)定，在自然界以游離態(tài)存在D晶體硅和無定形硅是同種物質(zhì)2、在①濃硝酸②水③鹽酸④氫氟酸⑤氫氧化鉀溶液中，能與二氧化硅起化學(xué)反應(yīng)的有（）A①②B②④C④⑤D③④3、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是：A氫氟酸B濃硝酸