化學：41《無機非金屬材料的主角-硅》課件（3）（新人教版必修1）

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1、 第一節(jié)第一節(jié) 無機非金屬材料無機非金屬材料 的主角的主角硅硅化學化學必修必修 2問題問題v 自然界中的巖石、沙子、土壤是自然界中的巖石、沙子、土壤是由什么構成？由什么構成？3你還知道你還知道哪些含硅哪些含硅的物質？的物質？45水晶水晶瑪瑙瑪瑙6789硅硅的的廣廣泛泛存存在在10元素周期表元素周期表11第A族的二兄弟碳和硅豪門二杰碳元素碳元素硅元素硅元素形成了無數(shù)種構成人類和其它形成了無數(shù)種構成人類和其它地球生物等的有機物，地球生物等的有機物，“統(tǒng)治統(tǒng)治了有機界了有機界”。煤、石油等有機化產(chǎn)品和材料煤、石油等有機化產(chǎn)品和材料是現(xiàn)代化的基石是現(xiàn)代化的基石地殼質量的約地殼質量的約90%90%，構成

2、了地殼，構成了地殼大部分巖石、沙子和土壤，大部分巖石、沙子和土壤， “統(tǒng)治了地殼統(tǒng)治了地殼”硅酸鹽工業(yè)的陶瓷、玻璃、硅酸鹽工業(yè)的陶瓷、玻璃、水泥等使人類生活日新月異水泥等使人類生活日新月異12一、二氧化硅和硅酸 硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點很高的所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點很高的氧化物氧化物及及硅酸鹽硅酸鹽的形式存在。的形式存在。1、二氧化硅（二氧化硅（SiO2） SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅約占地殼是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質量的質

3、量的12，其存在形態(tài)有，其存在形態(tài)有結晶形結晶形和和無定形無定形兩大類，通稱硅石。兩大類，通稱硅石。SiOSiO2 2的結構的結構13瑪瑙瑪瑙水晶水晶晶體二氧化硅晶體二氧化硅硅藻土硅藻土中國硅藻土資源豐富。全國中國硅藻土資源豐富。全國10個省個省(區(qū)區(qū))有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有354處，總保有儲量礦石處，總保有儲量礦石3.85億噸。億噸。僅次于美國，居世界第僅次于美國，居世界第2位。在地區(qū)分位。在地區(qū)分 布上，以吉林最多，占全國儲量的布上，以吉林最多，占全國儲量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。礦床類型云南、福建、河北等地次之。礦床類型主要為火山物

4、源沉積型礦床主要為火山物源沉積型礦床(吉林長白、吉林長白、山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等山東臨胸、浙江嵊州市硅藻土礦等)和和陸源沉積型陸源沉積型(云南尋甸、四川米易硅藻云南尋甸、四川米易硅藻土礦等土礦等)礦床。成礦時代集中在第三紀礦床。成礦時代集中在第三紀和第四紀，以第三紀為主。和第四紀，以第三紀為主。無定形二氧化硅無定形二氧化硅14光學纖維胃鏡光學纖維胃鏡二氧化硅的用途二氧化硅的用途15二氧化硅的用途二氧化硅的用途16 堅硬難熔的固體，熔沸點比較高，堅硬難熔的固體，熔沸點比較高，不溶于水，硬度比較大。不溶于水，硬度比較大。（1 1）物理性質：）物理性質：17（2 2）化學性質：）化學性質：（

5、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是是唯一能跟其反應的酸）唯一能跟其反應的酸）4HF+SiO4HF+SiO2 2=SiF=SiF4 4+2H+2H2 2O O（b b）酸性氧化物：不溶于水，也不與水反應。）酸性氧化物：不溶于水，也不與水反應。2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O與強堿反應：與強堿反應：與堿性氧化物反應：與堿性氧化物反應：SiO2+CaO=CaSiO3高溫高溫( (所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOHNaOH、KOHKOH、NaNa2 2COCO3 3、NaNa2 2SiOSiO

6、3 3等溶液。等溶液。) )182.硅酸（硅酸（H2SiO3）思考：思考：1. 1.二氧化硅不溶于水，不跟水反應，二氧化硅不溶于水，不跟水反應，如何從二氧化硅來制備如何從二氧化硅來制備H H2 2SiOSiO3 3是一種很弱的酸，比碳酸的酸性還弱是一種很弱的酸，比碳酸的酸性還弱NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3 所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體硅酸溶膠，所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，

7、稱為凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體?；瘎┑妮d體。實驗實驗4119二、硅酸鹽 硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，在硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，在自然界分布極廣。硅酸鹽是一類結構復雜的化合物，自然界分布極廣。硅酸鹽是一類結構復雜的化合物，一般都不溶于水，化學性質很穩(wěn)定。一般都不溶于水，化學性質很穩(wěn)定。 最簡單又常用的硅酸鹽是硅酸鈉（最簡單又常用的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3

8、），其），其水溶液稱為水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火劑及水溶液稱為水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火劑及黏膠劑等。黏膠劑等。 實驗實驗42 幾種硅酸鹽產(chǎn)品幾種硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷陶瓷、玻璃玻璃、水泥水泥，最重要，最重要的無機非金屬材料。的無機非金屬材料。新型的陶瓷新型的陶瓷20211.能承受高溫、強度高。能承受高溫、強度高。例如：氮化硅陶瓷在例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高溫下，左右的高溫下，仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久性模具等。片、軸承、永久性模具等。222.具有電學特性，一些新型無機非金屬具有電學特性，一些新型無機非金屬材料可以作為半導

9、體、導體、超導體等，材料可以作為半導體、導體、超導體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。板。233.具有光學特性。有些新型無機具有光學特性。有些新型無機非金屬材料能發(fā)出各色的光，非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。紅外線、雷達射線穿過。處于高溫下的光導纖維處于高溫下的光導纖維24F-117是一種單座戰(zhàn)斗轟炸機。設計目的是憑隱身性能，突破對手火力網(wǎng)，壓制對手防空系統(tǒng)，摧毀嚴密防守的指揮所、戰(zhàn)略要地、重要工業(yè)目標，還可執(zhí)行偵察任務，具有一定空戰(zhàn)能力。254. 具有生物特性。有些新型無機非金屬材料

10、強度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應性，可直接植入人體內，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應用在醫(yī)療上。人造關節(jié)人造關節(jié)26用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成。其組成。27實實 例例NaNa2 2SiOSiO3 3NaNa2 2O OSiOSiO2 228高嶺石高嶺石AlAl2 2（SiSi2 2O O5 5）（）（OHOH）4 4AlAl2 2O O3 3 2SiO2SiO2 22H2H2 2O O29l要領：要領：兩邊原子個數(shù)守恒兩邊原子個數(shù)守恒l格式：金屬氧化物、二氧化硅、水格式：金屬氧化物、二氧化硅、水l順序：金屬按活動順序表順序：

11、金屬按活動順序表30 K2O3Al2O36SiO22H2OK(Al3Si3O10)(OH)231三、硅（三、硅（SiSi）硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體1、灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體2、熔、沸點高、硬度大3、晶體硅是良好的半導體常溫下，硅的化學性質不活潑，除氫氟酸、氟氣、強堿外不跟其他物質如：氧氣、氯氣、硫酸等起反應，但在加熱情況下，硅也能跟一些非金屬反應。32331 1、與氟氣反應：、與氟氣反應：2 2、與氫氟酸反應：、與氫氟酸反應：3 3、與強堿溶液反應：、與強堿溶液反應：4 4、與氯氣反應：、與氯氣反應：5 5、與氧氣反應、與氧氣反應Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF

12、4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO234存在存在在自然界中，沒游離態(tài)的硅，以化合態(tài)存在，例如：硅酸鹽等，在地殼中含量居第二位。用途用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導體材料，還可以制成太陽能電池、硅的合金可用來制造變壓器鐵芯等。集成電路 晶體管35制備制備工業(yè)上：SiO2 粗硅 SiCl4 Si+C +Cl2 精餾+H2高溫高溫高溫Si+2C = 2CO+Si(含雜質的粗硅)Si+2Cl2 = SiCl4生成的液態(tài)SiCl4經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用H2還原SiCl4+2H2=4HCl+Si(純度高的多晶硅)高溫高溫高溫36相應

13、練習相應練習1已知硅與強堿氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2現(xiàn)把11.5g鈉和4.2g硅同時投入100g水中，在標況下可收集到H2多少L？（提示：與Si反應的NaOH是過量的）解：解：Na1/2H223 1/222.411.5 XSi2H228 222.44.2 YY=(4.2 2 22.4)/28=6.72(L)VH2=5.6+6.72=12.32(L)1222.411.5235.6LX37相應練習相應練習2在實驗室里，將細砂粉（SiO2）與鎂粉混合加熱，也可得到粗硅，反 應的化學方程式為這樣得到的硅不純凈，往往含有過量的鎂、氧化鎂及硅化鎂（Mg

14、2Si）等，這些雜質可用鹽酸除去，有關反應的化學方程式為SiO2+2Mg=2MgO+Si高溫MgO+2HCl=MgCl2+H2OMg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4Mg+2HCl=MgCl2+H238硅元素硅元素單質硅單質硅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反應（質反應（O2、Cl2）O2Na2SiO3、CaSiO3二氧化硅是光導纖維二氧化硅是光導纖維的主要原料，光導纖的主要原料，光導纖維可用作通訊材料和維可用作通訊材料和制造醫(yī)用內窺鏡等制造醫(yī)用內窺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、耐酸設壓器鐵芯、耐酸設備等。備等。只有化合態(tài)只有化合態(tài)SiO2硅酸鹽硅酸鹽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作業(yè)：習題作業(yè)：習題1、4歸納歸納總結總結