5.3.无机非金属材料 课件(共37张PPT) 2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

(共37张PPT)
第五章 非金属及其化合物
第三节无机非金属材料
硅在自然界的存在形态：
——由于硅是一种亲氧元素，没有游离态，只有化合态，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
硅元素在自然界中的存在
岩石 沙子 土壤
水晶
玛瑙
硅藻土
一、二氧化硅
（1）二氧化硅的存在
石英研钵
坩埚
轴承
（2）二氧化硅的用途
二氧化硅的用途和存在 二氧化硅的物理性质
石英坩埚
轴承
沙子
熔沸点高
硬度大
不溶于水
根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题SiO2具有哪些物理性质？
化学稳定性:____________________________
很稳定
二氧化硅的晶体结构示意图
可见Si、O个数比为 ;
故SiO2属于化学式，不是分子式
1:2
Si
O
SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定
判断:SiO2与CO2一样都是由相应的分子组成？
3、二氧化硅的结构
熔点高，硬度大，不溶于水，
1.物理性质：
2.化学性质：
①与碱的反应：
（1）酸性氧化物
一、二氧化硅
SiO2 ＋ 2NaOH＝Na2SiO3＋H2O
②与碱性氧化物反应：
高温
SiO2 ＋ CaO CaSiO3
③与水反应：
不反应
Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗名水玻璃，有粘性。
（2）在高温下与碳酸盐的反应
SiO2+Na2CO3=== CO2 +Na2SiO3
高温
SiO2+CaCO3===CO2 +CaSiO3
高温
玻璃的主要成分SiO2、Na2SiO3、CaSiO3
盛放碱性溶液时用橡胶塞。
氢
氟
酸
}制取玻璃原理
（3）特性：不与其他酸反应，只与氢氟酸反应
SiO2 + 4HF == SiF4 + 2H2O
(玻璃花雕刻)
不能玻璃瓶用保存氢氟酸
由于SiO2既可与碱反应,也可与氢氟酸反应,所以SiO2为两性氧化物，这种说法是否正确
×
SiO2能与HF反应为特例，其产物SiF4不是盐，所以SiO2只是酸性氧化物
（4）弱的氧化性
SiO2+2C == Si+2CO ↑
高温
（制硅单质的原理）
二氧化硅(SiO2） 二氧化碳(CO2)
物理性质
与水反应
与碱反应
与碱性氧化物反应
与酸反应
与碳反应
高温
熔沸点高、硬度大
熔沸点低、硬度小
不反应
CO2+H2O=H2CO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
SiO2+CaO== CaSiO3
CO2+CaO= CaCO3
高温
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
SiO2+2C== Si+2CO
高温
CO2+C== 2CO
高温
SiO2+Na2CO3 = CO2 +Na2SiO3
高温
课堂·习题
1．地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ）
A．熔点很高
B．与水反应生成对应的酸
C．坚硬
D．可与烧碱反应生成盐
B
【思考】二氧化硅不溶于水，不跟水反应，如何来制备H2SiO3
实验4-1
现 象
结 论
化学方程式
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3的水溶液呈碱性，
硅酸难溶于水
滴入酚酞溶液呈红色，
滴入盐酸有白色胶状沉淀产生
通入CO2呢？
强酸
弱酸
可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。
Na2SiO3＋CO2＋H2O = Na2CO3＋H2SiO3↓
制取原理：较强酸制较弱酸。
1．物理性质
硅酸是一种 溶于水的 胶状物。
2．化学性质
白色
不
H2SiO3===H2O+SiO2
加热
3.用途
硅酸干凝胶 “硅胶”
干燥剂
催化剂的载体
硅酸凝胶
H2SiO3
二、硅酸（H2SiO3）
(1)弱酸性：
(2)不稳定性：
酸性太弱（不能使石蕊试液变红）
干燥剂的分类
干燥剂
酸性干燥剂：
浓硫酸、硅酸、P2O5
碱性干燥剂：
碱石灰、生石灰
中性干燥剂：
CaCl2
（不能干燥碱性气体）
（不能干燥酸性气体）
（不能干燥氨气、乙醇）
知识拓展
（一）二氧化硅
物理性质：
化学性质:
用途：
（二）硅酸
制备:
物理性质：
化学性质:
用途：
一、二氧化硅(SiO2)和硅酸（H2SiO3）
光导纤维，石英玻璃等
酸性氧化物 //
不溶于水的白色胶状沉淀
熔点、硬度、不溶于水
酸性、不稳定性
硅酸盐 + 酸
干燥剂和催化剂载体等
特性与HF
知识总结 能力提升
例1.下列说法正确的是(　　)
A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应
B．根据SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强
C．CO2气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸
D．SiO2溶于水显酸性
C
课堂·习题
例2.　下列关于硅酸的说法正确的是 (　　)
A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得
B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质
C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应
D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂
D
课堂·习题
例3、为确认盐酸、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：
(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，
分液漏斗所盛试剂应为______。
(2)装置B所盛的试剂是
___________________，
其作用是________________________。
(3)装置C所盛试剂是_____________，C中反应的离子方程式是______________________________。
盐酸
饱和NaHCO3溶液　
除去CO2中的HCl气体
Na2SiO3溶液
课堂·习题
链接·高考
例4．将过量的CO2分别通入① CaCl2溶液；② Na2SiO3溶液；③ Ca(OH)2溶液；④ 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）
A．①②③④ B．②④
C．①②③ D．①②④
B
1.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
特点：结构复杂，除K2SiO3 、 Na2SiO3 、 ( NH4 )2SiO3铵以外均难溶于水，化学性质很稳定。
高岭石： Al2Si2O5(OH)4
石棉：CaMg3Si4O12
沸石：Na2Al2Si3O8(OH)4
云母：K2Al6Si6O20(OH)4
三、硅酸盐
高岭石{Al2Si2O5(OH)4}：
石棉{CaMg3Si4O12}：
云母{KAl3Si3O10(OH)2}：
改写成氧化物的形式
活泼金属氧化物 → 较活泼金属氧化物 → 二氧化硅 → 水
Al2O3 · 2SiO2 ·2H2O
CaO· 3MgO· 4SiO2
K2O· 3Al2O3 · 6SiO2· 2H2O
练习1：改写成氧化物形式
玻璃{Na2CaSi6O14}：
黏土{Al2Si2O5(OH)4}：
Na2O · CaO· 6SiO2
Al2O3 · 2SiO2· 2H2O
1.高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y,其中x,y的数值分别是（ ）
A. 7，2 B. 5，4
C. 6，3 D. 3，6
B
硅酸钠水溶液俗称为水玻璃，是无色黏稠状液体。
硅酸钠可用作肥皂填料、用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火、防腐蚀。
水玻璃可保存于玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞。
2.硅酸钠（Na2SiO3）
Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓
硅酸钠溶液在空气中易变质，反应的化学方程式为：
硅酸盐工业
1 玻璃
原料：石灰石、纯碱、石英砂
Na2SiO3 、CaSiO3 、SiO2
原理：
CaCO3+SiO2 = CaSiO3 + CO2↑
高温
Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3 + CO2 ↑
高温
主要成份
辨析：普通玻璃、石英玻璃
普通玻璃: Na2O·CaO·6SiO2
2 陶瓷
以黏土为主要原料,经高温烧结而成
3 水泥
原料：黏土、石灰石、适量石膏等
性能用途：水硬性、建筑材料、钢筋混凝土
万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。
晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
四、硅单质
单质硅有晶体和无定形两种。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，在常温下化学性质不活泼。
Si+2F2=SiF4
Si+4HF=SiF4 +2H2↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 ↑
1：常温下，只和氢氟酸、氟气、强碱反应。
2：加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。高温下化学性质活泼
Si+2Cl2 = SiCl4
Si+O2 = SiO2
Si+ C = SiC
2Mg+ Si = Mg2Si
高温
高温
晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HCl==SiHCl3＋H2；
Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1000～1100 ℃反应制得纯硅。
300℃
3：硅的工业制法
C
高温
二
氧
化
硅
粗
硅
粗
三
氯
化
硅
纯
三
氯
化
硅
高
纯
硅
HCl
高温
H2
高温
精
馏
SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl
高温
SiO2 + 2C = Si + 2CO↑
高温
硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”。
4.硅的用途
硅太阳能电池
大规模集成电路
CPU、芯片
制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下 用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体在300℃反应制得SiHCl3：
Si＋3HCl = SiHCl3＋Ｈ2
③SiHCl3与过量Ｈ2在1000～1100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与Ｈ2Ｏ强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为
（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点－84. 7℃），提纯SiHCl3采用的方法为： 。
SiO2 + 2C = Si + 2CO
高温
分馏
能力提升
（3）用SiHCl3与过量Ｈ2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：
①装置Ｂ中的试剂是______ ，装置Ｃ中的烧瓶需要加热，其目的是： ___________________
②反应一段时间后，装置Ｄ中观察到的现象是______
装置Ｄ不能采用普通玻璃管的原因是 ______
装置Ｄ中发生反应的化学方程式为。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 ______
浓硫酸
使滴入烧瓶中的 SiHCI3 气化
有固体物质生成
在反应温度下，普通玻璃会软化
排尽装置中的空气
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是(填写字母代号)________。
a．碘水　 b．氯水　
c．NaOH溶液　 d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
bd
1不能通过化合反应来制取的物质是 ( )
A. SiCl4
B. H2SiO3
C. Na2O2
D. CaSiO3
B
2:下列物品或设备：
①水泥路面　②门窗玻璃　
③水晶镜片　④石英钟表　
⑤玛瑙手镯　⑥硅太阳能电池　
⑦光导纤维 ⑧计算机芯片
所用材料为SiO2或要用到SiO2的是(　　)
A．⑥⑧　　　 B．①②⑦⑧
C．①②③④⑤⑦ D．全部
C
3．下列离子方程式书写正确的是(　　)
A．往澄清石灰水中通入过量的二氧化碳：
Ca2＋＋2OH－＋CO2=CaCO3↓＋H2O
B．往硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳：
C.小苏打溶液中加足量澄清石灰水：
2HCO3-＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋2H2O＋CO32-
D．硅酸与烧碱溶液中和：
H2SiO3＋2OH－=SiO32-＋2H2O
D
SiO32- + H2O + CO2 = CO3 2-+ H2SiO3↓
4、有一粗铝内含Fe和Si，取等质量样品两份，分别投入足量的稀盐酸和稀强碱中，放出等物质的量的气体，则Fe和Si的关系为（ ）
A．物质的量比为1：1
B．物质的量比为2：1
C．物质的量比为1：2
D．物质的量比为2：3
B