化学人教版（2019）必修第二册5.3.1硅（共27张ppt）

(共27张PPT)
无机非金属材料
无机非金属材料
含有元素
硅氧等元素
性能
耐高温、抗腐蚀、硬度高
特殊的光学、电学等性能
应用
日常生活应用
航空航天领域
信息领域
新能源领域
无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为___________________和__________________两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包括陶瓷、玻璃和水泥三种
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
阅读P19页内容
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
课堂导入
世界著名高科技产业区——硅谷
硅谷（Silicon Valley），位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面。硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。
探知硅秘
无机非金属材料
——多角度认识硅元素
硅
汉字文化角度：硅=石+土
1、自然界中硅元素存在：岩石、沙子、土壤中
2、硅在地壳中的含量：仅次于氧，排在第二位
从晶体结构及原子结构认识硅，并总结硅的化学性质。
硅与碳一样，最外层4个电子，在化学反应中既不易失去又不易得到电子，主要形成正四价化合物。
——不活泼
硅的存在形式
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。
碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
探究课堂
硅的存在
硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态。硅在自然界中主要以：
硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和 氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。
硅酸盐——石榴石
氧化物——水晶
探究课堂
硅的类型
晶 体 硅
不 定 型 硅
要点探究
　探究点一　碳 硅
碳 硅
存在形态
单质的存 在形态 金刚石、石墨、C60等同素异形体 ________和________
单质物 理性质 金刚石：________________ 石墨：__________________ ________色固体、有金属光泽，熔点高、硬度大，有脆性
游离态和化合态
化合物
晶体硅
无定形硅
熔点高、硬度大
硬度小、电的良导体
灰黑
　【知识梳理】 　一、碳、硅比较
碳 硅
用途 _________用作切割刀具， ________用作电极、铅笔芯 ________材料和合金材料
与非金属 单质反应 与O2反应： ____________________________ 与O2、F2反应：
________________
与氧化 物反应 与CuO、SiO2反应： ______________________________
金刚石
石墨
半导体
碳 硅
与酸反应 与浓H2SO4、浓HNO3反应： 与氢氟酸反应：
【要点深化】
碳、硅的特性
一般规律 碳、硅的特性
非金属单质一般熔点低、硬度小 金刚石、晶体硅熔点高、硬度大
非金属单质一般为绝缘体 硅为半导体，常用于电子部件；石墨为电的良导体
非金属一般不与强碱反应 Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
非金属一般不与非氧化性酸反应 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
硅还原性大于碳
一般情况下，较活泼金属能置换酸或水中的氢，而大多数非金属不能 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
硅的制备
⑴SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
内容解读
⑵Si+3HCl == SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 == Si+3HCl （高纯硅）
高温
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑
高温
碳化硅(俗名：金刚砂)
工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅
提纯
如何制备高纯度的硅？
硅的制备
SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
内容解读
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
知识点补充
探究课堂
晶体硅的物理性质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
价值5元的沙子
SiO2
Si
价值5000元的芯片
点沙 成金
从沙滩到用户
晶体硅的用途
1.硅酸盐及其结构
(1)硅酸盐的概念
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
(2)硅酸盐的结构
知识梳理
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合 个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的 相互连接，每个 为两个四面体所共有，与 个Si相结合。
4
O
O
2
为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点
探知硅秘
重走硅路
——三大硅酸盐材料的使用和制备
—多角度认识硅元素
【活动】根据视频并阅读课本P20-21，找出三大硅酸盐材料的原料、工艺设备、和成分，归纳填写表格
传统硅酸盐材料 主要原料 主要设备 主要成分 性能
陶瓷
玻璃 水泥 公元前4500年
玻璃的诞生
近代
硅酸盐材料的使用和生产
【思考1】结合玻璃生产的原料和成分分析，烧制玻璃发生了怎样的反应？
发生了复杂的物理、化学变化，主要反应：
Na2CO3+SiO2=== Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2=== CaSiO3+CO2↑
高温
高温
无机非金属材料
【思考2】为什么三大硅酸盐材料表现出这样的性能？
黏土
纯碱、石灰石、沙子
黏土、石灰石
玻璃窑
水泥窑
硅酸盐
Na2CO3、SiO2、CaCO3
硅酸盐
硬度高、熔点高、难溶于水、耐腐蚀
结构决定性质——稳定的硅氧四面体结构
要领：各元素写成相应的氧化物，
化合价不变，元素守恒
格式：金属氧化物、二氧化硅、水
(各氧化物前系数为最简整数比)
顺序：金属按活动顺序表
硅酸盐的盐氧化物法书写规律
用氧化物形式表示下列硅酸盐：
1、蛇纹石：H4Mg3Si2O9
2、钙长石：CaAl2SiO6
3、石棉：CaMg3Si4O12
4、长石：KAlSi3O8
5、普通玻璃：CaNa2Si6O14
3MgO·2SiO2·2H2O
CaO·Al2O3·SiO2
CaO·3MgO·4SiO2
K2O·Al2O3·6SiO2
CaO·Na2O·6SiO2
练一练
（1）玻璃：
普通玻璃：以纯碱(Na2CO3)、石灰石和石英(SiO2)为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。
2、硅酸盐工业
① 有关反应的化学方程式：
Na2CO3 + SiO2 ==== Na2SiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2 ==== CaSiO3 + CO2↑
② 主要成分：
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(Na2O CaO 6SiO2)
高温
高温
以黏土(SiO2、Al2O3)和石灰石(CaCO3)为主要原料
经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉就得到水泥。
石膏的作用是调节水泥硬化速度。
（2）水泥：
（3）传统硅酸盐陶瓷：
传统硅酸盐陶瓷是以黏土(SiO2、Al2O3)为原料，经高温烧结而成。日常生活中常见的陶瓷有日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。
谢谢观看
THANKS