人教版高中化学1必修4.1《无机非金属材料的主角—硅》课件(74张ppt)

(共74张PPT)
第一节
无机非金属材料
的主角——硅
第一课时
二氧化硅和硅酸
硅及二氧化硅的性质
（一）硅元素在自然界中的存在和含量
（二）硅元素的位置与结构
（三）二氧化硅和硅酸
1.二氧化硅的结构和性质
2.硅酸制取原理和性质和硅胶的用途
3.探究硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实
本课知识点
硅单质（Si）
硅太阳能电池
硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心
晶体硅的存在及用途
美国的硅谷——“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90％以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。
硅谷
Silicon
Valley
通过下列图片你能总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？
观察与思考
硅的存在及性质
1.自然界硅元素主要存在于:岩石、沙子和土壤
2.地壳中的含量:排在第二位,氧的后面.
3.自然界硅存在的形态
:硅无游离单质状态，
只有化合态。常常有硅的氧化物和硅酸盐
(一)硅元素在自然界中的存在和含量
硅的存在及性质
你能画出碳和硅的原子结构示意图，并归纳出硅与碳在元素周期表中的位置与结构吗？
(二)
硅在周期表中的位置与结构
C
Si
硅的结构及性质
碳在第三周期、硅在第四周期且都在周期表中的第四主族,最外层有四个电子，既不易失去电子，也不易得到电子。所以硅的化学性质不如碳活泼,主要形成正四价化合物，碳和硅都是亲氧元素，但是硅的亲氧能力更强。因此碳和硅在自然界中存在形式有所不同。
(二)
硅在周期表中的位置与结构
硅的结构及性质
美丽的玻璃雕花艺术
水
晶
水
晶
制
品
玛瑙
瓷器是中国最伟大的创造之一，所以中国被誉为“瓷国”
秦砖汉瓦
秦始皇陵兵马俑
二氧化硅的存在
1、二氧化硅（
SiO2）
结晶形（石英晶体）
无定形——硅藻土
二氧化硅的存在
什么是石英、水晶、玛瑙？
具有彩色环状或层状的石英称为玛瑙
在25℃和101kPa的条件下，由单质碳生成1mol
CO2时放热393.5kJ；而在同样条件下，1mol硅生成1mol
SiO2时放热910.9kJ。放热越多，其生成物通常越稳定，可见SiO2比CO2更容易生成，而且更稳定。
二氧化硅的晶体结构
SiO2的晶体结构
晶体Si的结构
科
学
视
野
单质硅和SiO2都是正四面体结构。性质很稳定
二氧化硅的结构
二氧化硅的晶体结构
二氧化硅的结构
每
1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心，O
在四个顶角，同时每1个O原子周围结合2个Si原子
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
二氧化硅的晶体结构
二氧化硅的结构
根据上述二氧化硅的结构及学过的二氧化碳的性质你能否判断SiO2的物理性质和化学性质呢？
主要用作装饰物、石英坩埚、光导纤维等
二氧化硅的性质
(2)SiO2的物理性质
坚硬难熔固体，不溶于水
二氧化碳
二氧化硅
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
SiO2＋CaO=CaSiO3
固
态
熔点低
气
态
熔点高、硬度大
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
人工降雨，灭火等
装饰、石英坩埚、光纤
二氧化硅和二氧化碳性质比较
二氧化碳
二氧化硅
状态
物理
性质
化
学
性
质
与水反应
与碱反应
与碱性氧化物反应
与酸反应
用
途
从表中可以看出，二氧化硅能与碱反应生成相应的盐和水，是一种酸性氧化物，它不能通过溶于水得到相应的酸——硅酸。
酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。
由此，我们总结出二氧化硅的主要化学性质为：
不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。
二氧化硅和二氧化碳性质比较
二氧化硅的化学性质
1.是酸性氧化物
2.能与碱反应
3.能与碱性氧化物反应
4.能与氢氟酸反应（特性）
【小结】
二氧化硅与生产生活
1,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成
可溶于水的Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
SiO2
＋
2NaOH
=
Na2SiO3
＋H2O
实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶
你知道吗？
二氧化硅的性质和用途
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
SiO2
＋
4HF
=SiF4↑＋
2H2O
3.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?
2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
此反应常用于雕刻玻璃
不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。
SiO2
＋
4HF
=SiF4↑＋
2H2O
二氧化硅的性质和用途
高纯度的硅是常见的最重要的半导体材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常见的重要的含硅无机非金属材料。
沙子――硅――芯片――计算机
沙子――………―――光导纤维计算机光通信
你能在沙子与计算机之间、沙子与计算机光通信之间建立起某种联系吗?
价值5000元的芯片
二氧化硅的现代应用
二氧化硅难溶于水，那么如何制得硅酸呢？
硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。
硅酸是一种弱酸，不溶于水，不能使
指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。
——常用做干燥剂
2、硅酸
（H2SiO3）
(1)性质:
(2)制备:
【用途】：生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为
“硅胶”。常常用做干燥剂。
如何制取硅酸?
硅酸钠溶液、酚酞、稀盐酸、稀硫酸
实验原理：
实验探究
Na2SiO3
+
______
H2SiO3
实验试剂：
硅酸的性质和用途
制取原理：强酸制弱酸
　
滴入酚酞后溶液变红，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生
a.Na2SiO3溶液呈碱性。
b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，
c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶.
d.静置则形成硅酸沉淀。
Na2SiO3
+
2HCl
==
2NaCl
+
H2SiO3（胶体）
SiO32-
+
2H+
==
H2SiO3
（胶体）
硅酸的性质和用途
【方法步骤】：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸
阅读课本P76
探究实验4-1
现象
结论
化学方程式
离子方程式
硅胶泳帽
硅胶干燥剂
说明硅胶具有哪些性质？
1.了解硅元素在自然界中的存在和含量，从硅元素的位置与结构推知其亲氧性存在的两种化合物———二氧化硅和硅酸。
2.二氧化硅的结构和性质
3.硅酸制取原理、性质和硅胶的用途
4.硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实
2.教学重点、难点
教学重点
教学难点
二氧化硅的结构
二氧化硅的性质和硅酸的制备
课堂练习
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.可与烧碱反应生成盐
D.坚硬
2.要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（
）
A.纯碱溶液
B.盐酸
C.硫酸
D.苛性钠溶液
B
B
3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（
）
A.HF溶液
B.KOH溶液
C.盐酸
D.水玻璃
C
4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（
）
A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀
B
课堂练习
6.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（
）
A.CO2→H2CO3
B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O→Na2CO3
D.SiO2→H2SiO3
5.能将Na2SiO3、CaCO3、SiO2三种白色粉末鉴别开来的试剂是（
）
A.NaOH溶液
B.水
C.氢氟酸
D.稀盐酸
D
D
课堂练习
第一节
无机非金属材料
的主角——硅
第二课时
硅酸盐和硅单质
本课学习内容
1.硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品
2.硅酸钠的性质和用途
3.硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊的原因。
4.硅单质的性质及广泛应用
硅酸盐的丰富性和多样性
科学视野
普通玻璃:
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
日用器皿、建筑饰材、卫生洁具
具有均匀微孔结构的铝硅酸盐——分子筛
生物陶瓷——人造骨
硅酸盐
1、定义：
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称
2、性质：
硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，化学性质稳定。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO3
三、硅酸盐
硅酸盐的存在形式、性质、工业制备和
用途
1、硅酸盐组成的表示方法：
（1）化学式法：
适用于简单的硅酸盐
如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
硅酸钠：Na2SiO3
——
Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3
——
CaO·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
——
Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石：KAlSiO3
不能写成K2O·Al2O3·3SiO2
,应写成
K2O·Al2O3·6SiO2
（2）氧化物法
资料卡片
2、硅酸盐在自然界的转化
硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面巨大且一般带负电，能吸附NH4+，K+等营养离子，从而具有保肥能力。
硅酸盐是如何具有保肥能力的？
3、硅酸钠（Na2SiO3）
硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。
阅读课本P65并
探究实验4-2
水分蒸发后燃烧
水分蒸干后不燃烧
硅酸钠能防火
水不能防火
（1）物理性质
小木条
放入蒸馏水中
放入硅酸钠饱和液中
现
象
结
论
1.硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？
2.将用水玻璃浸过的、长期存放的鲜蛋敲碎，你会看到什么现象？
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓
能说明硅酸的酸性比二氧化碳酸性弱
观察到鲜蛋没有坏——用作防腐剂
（2）硅酸钠的化学性质
硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。
①与酸反应
Na2SiO3
+
2HCl
=2NaCl
+
H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3
↓
+2NaCl
（3）硅酸钠的用途
可以作肥皂填料，
可以用做建筑、纸张的黏合剂和
木材、织物的防腐剂及防火剂
6.硅酸盐工业产品
传统硅酸盐工业三大产品有：
——玻璃、陶瓷、水泥。
你认识这些常见的硅酸盐产品吗
应用广泛的硅酸盐产品
1.硅酸钠溶液俗称水玻璃,呈碱性，下列物质中,能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是(
)
A.浓硫酸
B.水玻璃
C.氢氟酸
D
苛性碱
A
2.下列物质中能跟SiO2发生反应的是
(
)
A
盐酸
B
硝酸
C
硫酸
D
烧碱溶液
D
四、硅单质（Si）
2.物理性质：
3.化学性质
有金属光泽的灰黑色固体，
1.存在形式
晶体硅
无定形硅
你能根据硅的原子结构推测硅单质可能具有的化学性质
晶体硅的结构模型
熔点高，硬度大。
②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非
金属单质反应。
①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。
Si＋2F2＝SiF4
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
Si＋O2
SiO2
3、化学性质
工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅，粗硅跟氯气反应经提纯得到
SiCl4后，再用氢气还原制得纯硅：
4.硅的工业制备
硅单质
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①
Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4
②
SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③
工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅（SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①），粗硅能跟氯气反应经提纯得到
SiCl4后，再用氢气还原制得纯硅（Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②，SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③)。根据以上反应回答下列问题
（1）反应①中焦炭做（
）
A.还原剂
B.氧化剂
C.二者都不是
（2）反应
②属于（
），反应③
属于（
）
A.化合反应
B.分解反应
C.氧化还原反应
D.非氧化还原反应
E.置换反应
A
AC
CE
5、用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。
硅太阳能电池
硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心
观看下列图片总结单质硅的用途
【练习】
1.下列说法正确的是（
）
A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品
B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2
C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应
D.将石棉（CaMg3Si4O12）化学式改写成氧化物的形式：3(MgO·CaO)·4SiO2
A
新型陶瓷
人造关节
高压钠灯
高温结构陶瓷
1.氧化铝陶瓷
陶瓷机械零件
1.硅酸盐的定义、表示方法及工业产品.
2.硅酸钠的性质和用途
3.硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途
4.硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊的原因。
四、典型例题
1.石英砂(主要成分为SiO2)是一种常用工业原料,其中常混有少量碳酸钙,要除去石英砂中的少量碳酸钙,应采用的方法是(
)
A.用水溶解后过滤分离
B.用稀硫酸溶解后过滤分离
C.用酒精灯加热
D.用稀盐酸溶解后过滤分离
D
2．银耳本身为淡黄色，不法商贩生产出一种“雪耳”，颜色洁白如雪。其制作过程如下：将银耳堆放在密封状况良好的塑料棚内，
棚的一端置一口锅，锅内放硫磺，加热使硫磺熔化并燃烧，两天左右，“雪耳”就制成了。这种“雪耳”对人体是有害的。将银耳制作成“雪耳”利用了
(
)
A．硫的还原性
B．硫的氧化性
C．二氧化硫的还原性
D．二氧化硫的漂白性
D
四、典型例题
3．已知在水溶液中，硝酸能将SO2氧化成SO42—。碳与浓硫酸共热产生的气体X和铜与浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图装置）。下列说法中正确的是（
）
CD
A．洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡
B．从Z导管口出来的气体中无二
氧化碳
C．洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
D．在Z导管口有红棕色气体出现
四、典型例题