5.3 无机非金属材料（教学课件）(共22张PPT)—— 2022-2023学年高一化学人教版（2019）必修第二册

(共22张PPT)
无机非金属材料的主角—硅
（第一课时）
黄山
黄土高原
东方明珠
玛瑙
硅元素在地壳中的含量及分布
1、硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧。
2、硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
3、硅在地壳中的主要存在形式是氧化物及硅酸盐。
一、硅单质
1、种类
晶体和无定形
2、晶体硅的结构
与金刚石类似，晶体硅中每个Si原子结合周围4个Si原子形成正四面体结构，伸展成空间网状结构。
一、硅单质
3、物理性质
晶体硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心
硅太阳能电池
（光电池）
观察碳原子和硅原子的结构示意图，分析硅化学
性质活不活泼，为什么？硅的主要化合价是多少？
C
Si
硅的结构与位置
Si原子最外层有4个电子,既不易失电子，也不易得电子，所以硅的化学性质不活泼。主要形成正四价的化合物。
硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子,主要通过共用电子形成化合物.性质稳定 ；主要化合价+4价 。
位 置
结 构
性 质
周期表第三排，碳的下面，铝磷之间
+6
C
4
+14
Si
8 4
一、硅单质
4、化学性质
⑴常温下，硅的化学性质不活泼，除HF、F2、强碱
溶液外不跟其他物质起反应；
⑵加热情况下，硅也能跟一些O2、Cl2、C反应。
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
Si+O2 SiO2
△
思考：常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有？(课本P74）
1、与氟气反应：
2、仅与氢氟酸反应，不与其它酸反应
3、与强碱溶液反应：
4、与氯气反应：
5、与氧气反应
Si+2F2==SiF4
Si+4HF==SiF4↑+2H2 ↑
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 ↑
Si+2Cl2==SiCl4
Si+O2==SiO2
△
高温
思考：常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有？
硅与碳一样是一种亲氧元素，但是硅的亲氧能力更强.在自然界中它总是以稳定的氧化物和硅酸盐的形式存在
二、二氧化硅（SiO2 ）
1、存在
天然二氧化硅有结晶形和无定形两类，统称硅石。沙子、石英、水晶、玛瑙的主要成分都是SiO2 。
根据SiO2的存在，分析SiO2具有什么物理性质？
玛瑙
石英砂
沙子
水晶
具有彩色环状或层状的石英称为玛瑙
石英中无色透明的晶体
就是通常所说的水晶
2、物理性质
晶体熔点高,硬度大, 难溶于水。
质疑：为什么SiO2和CO2物理性质差别很大？
阅读《科学视野》P74-75
SiO2晶体是由Si原子和O原子按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。基本单元是[SiO4]四面体结构。
结论：结构决定性质。
二、二氧化硅（SiO2 ）
回顾二氧化碳的性质
二氧化碳
二氧化硅
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反应
化学性质
与水反应
与NaOH反应
与CaO反应
与酸反应
？
思考与讨论
玻璃的主要成分是SiO2，化学性质不活泼，不与水反应，不与除氢氟酸（HF)外的酸反应，所以在生活中常用HF来雕刻玻璃。
SiO2 + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2O
思考：实验室HF存放在 瓶中。
塑料
1、玻璃上的花纹是怎样雕刻上去的？
2、为什么实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞
而不用玻璃塞（玻璃中含有SiO2） ？
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
思考与交流
玻璃中含有SiO2， SiO2与NaOH溶液反应生成黏性的Na2SiO3，会使瓶塞和瓶口粘在一起，不易打开。
结论： SiO2是一种酸性氧化物。
SiO2+CaO 高温 CaSiO3
与碱性氧化物反应盐
不与水反应
①沙子是基本的建筑材料。
②石英可用于制作耐高温的石英坩埚等。
③水晶、玛瑙用于制作装饰品。
④纯净的SiO2是现代光学和光纤制品的基本原料，可制作光导纤维。
4、用途
二、二氧化硅（SiO2 ）
构成
存在
物理性质
化学性质 与H2O
与CaO
与NaOH
与酸
反应
二氧化碳
二氧化硅
空气
石英、水晶、玛瑙、沙子
熔、沸点低， 能溶于水
熔点高，硬度大
不溶于水
CO2+H2O=H2CO3
不反应
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
小结：二氧化碳和二氧化硅的比较
CO2分子
Si原子、 O原子
SiO2+CaO 高温 CaSiO3
问题与讨论
1、SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,所以SiO2
为两性氧化物。该结论是否正确
不正确。因为SiO2只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，且跟氢氟酸反应生成的SiF4不是盐。所以SiO2属于酸性氧化物。
2、硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，如何从硅的氧化物中制取单质呢？
课本P81 第9题
粗硅的制取
SiO2＋2 C Si＋2CO↑
高温
粗硅转变为纯硅
Si+ 2Cl2 SiCl4
△
SiCl4＋2 H2 Si＋4HCl
高温
（含有C、SiO2等杂质）
纯硅的制备
还原剂
化合反应或氧化还原反应
置换反应或氧化还原反应
Si
价值5元的沙子
SiO2
点沙成金
价值5000元的芯片
4、怎么理解从沙滩到用户？