化学人教版（2019）必修第二册5.3无机非金属材料-硅二氧化硅硅酸硅酸盐（共33张ppt）

(共33张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第三节 无机非金属材料
硅 二氧化硅 硅酸 硅酸盐
想一想：它们用到哪些材料？列举生活中有哪些材料？
材料按照化学组成和特性来分：
复合材料：由两种或两种以上的材料按照一定方式组成的材料。
高分子材料：纤维、橡胶、树脂、塑料
材料
金属材料：纯金属材料和合金材料
无机非金属材料：传统和新型无机非金属材料
三大传统硅酸盐材料：玻璃、陶瓷、水泥
传统无机非金属材料-硅酸盐材料
结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。
性质：硬度大、熔点高、难溶于水、化学性质稳定等。
硅酸盐概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称
玻璃
制备原理：
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
纯碱、石灰石、石英沙（SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
建筑材料、光学仪器、各种器皿、
玻璃纤维
原料：
成分：
用途：
性能：
透光性好、硬度大、无固定熔点
水泥
黏土和石灰石，适量石膏（调节水泥硬化速率）
水泥回转窖(复杂的物理和化学变化)
设备：
原料：
水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程
用途：
成分： 硅酸盐，包括硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙 (2CaO·SiO2)、 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
黏土（含水的铝硅酸盐）
高温烧结(复杂的物理和化学变化)
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
原料：
条件：
用途：
陶瓷
我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。
玻璃,水泥,陶瓷的原料有哪些区别？组成成分上玻璃与水泥和陶瓷相比有什么不同
成分： 含水的铝硅酸盐
玻璃的成分含有二氧化硅
1．湖南省博物院被国家文物局列为首批“国家一级博物馆”，现有院藏文物18万余件。下列文物的主要成分为硅酸盐材料的是
C
2“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是(　 　)
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
C
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。
新型无机非金属材料
硅在地壳中的含量：
地壳中含量前五位的元素
氧、硅、铝、铁、钙
仅次于氧，排在第二位。
一.硅
1.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
是构成矿物和岩石的基本元素。
氧化物——沙子
硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。处于金属和非金属的过渡位置
，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
1.硅
硅是信息技术的关键材料。
半导体材料
Si
+14
8
4
2
+6
4
2
C
硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物
单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体,结构类似金刚石，熔沸点很高、硬度大
2.硅的物理性质
硅的类型：分为晶体硅和不定型硅
晶 体 硅
不 定 型 硅
正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似
并非所有的原子都与其它原子严格地按照正四面体排列 (不稳定性)
3.硅单质的化学性质
（1）常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。
与氟气反应：
Si+2F2 = SiF4
与氢氟酸反应：
Si+4HF = SiF4↑+2H2↑
与强碱溶液反应：
Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑
（2）加热条件下，硅也能和一些非金属反应。
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC
高温
3.硅的用途
良好的半导体材料可制成硅芯片和太阳能电池极板
半导体发光二极管
思考:如何理解工业上的“从沙滩到用户”？怎么获得高纯硅呢？
SiO2＋2C Si＋2CO↑
4.高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为
①________________________________
②_________________________
③__________________________
制备原理：
用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。
能否通过该反应证明C、Si的还原性强弱？
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。
SiO2是硅的重要化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
二，二氧化硅
玛瑙
水晶
石英
结晶形
无定形
2.SiO2的结构
空间构型：硅氧四面体（空间网状）
物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大 化学性质：化学稳定性好
①1mol SiO2中含4mol Si-O键
②SiO2是不是分子式，SiO2是由原子组成的，没有SiO2分子
二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示O与Si的原子个数比，不是分子式是化学式
导入：光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是SiO2，碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？
思考：SiO2具有酸性氧化物的通性，你能否说出CO2能与哪类物质发生反应？
CO2能与水反应，与碱反应，与碱性氧化物反应，SiO2能与这些物质反应吗？
a.酸性氧化物
①与碱溶液反应：
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
②与碱性氧化物反应：
SiO2 + CaO CaSiO3
③与某些盐反应：工业制玻璃
3.SiO2的化学性质
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
【思考】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？
因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，会使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。但此反应在成型的玻璃表面进行时很慢的，几乎不会影响瓶子本身。所以可以用玻璃瓶
SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O
用途：刻蚀玻璃
b.特性：与酸反应（只能与HF反应）
注意：盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶
思考：某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应推断SiO2为两性氧化物，是否正确
不是，二氧化硅和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐
加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ）
A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚
C.铁坩埚 D.氧化铝坩埚
C
练一练：
解析： 陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。
4.二氧化硅的用途
光导纤维
石英坩埚
玻璃仪器
水晶、玛瑙饰品
还可以用于工业制粗硅：
SiO2+2C Si+2CO↑
高温
3.新型陶瓷：高温陶瓷，压电陶瓷，透明陶瓷，超导陶瓷
碳化硅（SiC）俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料还具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
三，其他新型非金属材料
富勒烯C60
石墨烯
碳纳米管
4.碳纳米材料：碳单质的同素异形体
在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景
硅胶是什么？为什么可以用作干燥剂呢？
透明小球是硅酸逐渐聚合而形成的胶体-硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。
1. H2SiO3物理性质：
白色胶状固体不溶于水
四：硅酸
2. H2SiO3化学性质：
①硅酸是一种不溶于水的弱酸，酸性比碳酸H2CO3 弱，不能使指示剂变色
3. H2SiO3的制备：（强酸制弱酸）可溶性硅酸盐与酸反应制备H2SiO3
Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2 (少)= Na2CO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+2H2O+2CO2(过) =2NaHCO3+H2SiO3↓
②H2SiO3不稳定，受热易分解
H2SiO3 SiO2 + H2O
【例】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(胶体)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
1.概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称（Na2SiO3 )
结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体
性质：硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点
五、硅酸盐
2.简单的硅酸盐——Na2SiO3
①物理性质:俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃
②化学性质:Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
③硅酸钠的用途:制硅酸、黏合剂、耐火阻燃材料(防火剂)
3.硅酸盐的组成表示：
用氧化物形式表示：硅酸钠Na2SiO3 ：Na2O · SiO2
书写顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·SiO2·H2O
在氧化物前面按化学式中的比例添加系数，计量数以整数书写！
黏土：Al2Si2H4O9
长石：KAlSi3O8
钾云母：K(Al3Si3O10)(OH)2
Al2O3·2SiO2·2H2O
K2O·Al2O3·6SiO2
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
钙沸石：Ca(Al2Si3O10) ·3H2O
CaO ·Al2O3 ·3SiO2·3H2O
练习.将下列硅酸盐改写为氧化物
练习：青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　 )
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉能完全溶解在NaOH溶液中
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原
B
Si
Na2SiO3
SiO2
H2SiO3
O2 /△
Na2O、NaOH
H2O+CO2/HCl
NaOH
物质类别
化
合
价
单质
氧化物
盐
含氧酸
0
+4
Na2CO3
C/高温
SiF4
HF
NaOH
SiCl4
氯化物
△
硅元素的价类图
+2
1.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是(　　)
A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
B
2.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是(　　)
①门窗玻璃　 ②水晶镜片　 ③石英钟表　 ④玛瑙首饰　
⑤硅太阳能电池 ⑥光导纤维　 ⑦计算机芯片
A.①②③④⑥ B.全部 C.⑤⑦ D.①②⑥⑦
A
3.下列关于硅酸的说法正确的是(　　)
A.硅酸可以通过 SiO2 和 H2O 化合反应直接制得
B.可用反应 Na2SiO3+2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ 制取硅酸
C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaOH 溶液反应
D.干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠
B
4.下列叙述正确的是(　　)
A.SiO2既和NaOH溶液反应，又和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
B.因为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似
C
5.利用“强酸制弱酸”原理可用来设计酸性强弱比较的实验，如比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：
①分液漏斗所盛试剂是稀盐酸，锥形瓶所盛试剂是______________，装置A中反应的化学方程式是____________________________________。
②装置B所盛试剂是饱和NaHCO3溶液，其作用是：
_____________________________________。
③装置C所盛试剂是_____________，C中反应的
离子方程式是______________________。
④结论：HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：_____＞______＞______。
能否说明非金属性：Cl > C > Si ？
Na2CO3溶液
Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + CO2↑+ H2O
除去盐酸中挥发出的HCl气体
Na2SiO3溶液
HCl H2CO3 H2SiO3