人教版必修1高中化学§4.1：无机非金属材料的主角——硅(60张PPT)

(共60张PPT)
§4.1
无机非金属材料的主角—硅
（第1课时）
【学习目标】
【重点难点】
1、了解硅的重要化合物的主要性质，认识硅及其化合
物的主要用途。
2、联系生产生活实际，培养学生对知识的迁移能力。
重点：二氧化硅的性质
难点：硅酸盐的丰富性和多样性。
科学视野
　　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
§4
非金属及其化合物
§4.1无机非金属材料的主角——硅
科学视野
科学视野
锦绣中华
科学视野
科学视野
在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色。
最外层电子数是4，碳也是。
思考2：碳、硅原子主要显几价？
正四价（+4价）
①
碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。
②
因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。
思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？
思考3：硅在自然界存在状态。
思考·交流
12
结晶形
无定形
硅石
思考·交流
思考·交流
晶体二氧化硅
无定形二氧化硅
晶
Si
O
不存在单个SiO2分子
思考·交流
其性质主要与结构有关：
正四面体空间网状结构
正四面体
空间网状结构
硅氧原子比例：1
:
2
没有SiO2
分子存在，
只存在硅氧原子
思考·交流
二氧化硅的用途
由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然
界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。
光学纤维胃镜
用光导纤维做手术，不用开刀。
二氧化硅的用途
交流·研讨
交流·研讨
二氧化硅的用途
交流·研讨
透过图片思考:
二氧化硅具有哪些物理性质?
化学稳定性如何?
你的根据是什么?
SiO2的这些性质是由什么决定的？
不溶于水，熔沸点比较高，硬度比较大。
1.
物理性质：
思考·交流
思考：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？
明确：防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。
实验·探究
实验·探究
②
不能与水反应
SiO2
+
2NaOH
=Na2SiO3
+
H2O
高温
①
酸性氧化物
2.化学性质
实验·探究
2.化学性质
③特性：（与氢氟酸反应）
不与其他酸反应
（用于雕刻玻璃）
思考：氢氟酸怎么保存？
④弱氧化性
高温
（用于工业制粗硅，这就是“从沙滩到用户”）
试剂
①二氧化硅
②氢氧化钠溶液
③氢氟酸
④浓硫酸
试剂瓶
a.细口磨口塞
b.广口瓶
c.细口塑料瓶
d.细口橡皮塞
1、
实验室有五种试剂，根据它们各自的性质，必须选择适当的试剂瓶盛放，请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。
二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2
＋
2NaOH
=
Na2SiO3
＋H2O
固
态
熔沸点低
气
态
熔沸点高、硬度大
——
SiO2
＋
4HF=SiF4↑＋
2H2O
人工降雨，灭火等
装饰、石英坩埚、光纤等
二氧化碳
二氧化硅
状
态
物理性质
化
学
性
质
与水
与碱
与碱
性氧
化物
与酸
用
途
探究实验4-1
3-5
mL硅酸钠溶液
1-2滴酚酞
稀盐酸
先
后
二、硅酸
实验·探究
　
SiO32-
+
2H+
==
H2SiO3
（胶体）
Na2SiO3
+
2HCl
=
2NaCl
+
H2SiO3
（胶体）
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;
滴入酚酞后溶液变为红色，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。
实验·探究
现
象
结
论
化学方
程式
离子方
程式
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。
1、用途
2、性质：与碱反应
不溶于水、极弱酸(酸性比碳酸还弱）
H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+H2O
3、不稳定
Na2SiO3
+
CO2（少量）+H2O
==
Na2CO3
+
H2SiO3
（胶体）
SiO32-
+
2H+==
H2SiO3
（胶体）
4、制法：
Na2SiO3
+
2HCl
=
2NaCl
+
H2SiO3
（胶体）
SiO32-
+
H2O
+CO2（少量）
==H2SiO3
（胶体）
+
CO32-
实验·探究
问题1：怎样以石英(SiO2)为主要原料制取硅酸？
硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。
问题2：
可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸
Na2SiO3
+
CO2（少量）+H2O
==
Na2CO3
+
H2SiO3
（胶体）
Na2SiO3
+
2CO2(过量)+2H2O
==2
NaHCO3
+
H2SiO3
（胶体）
①本节课学习了哪些知识和学习方法？
②通过本节课的学习你有哪些收获或感想？
小　结
一、SiO2
结构特点
物理性质
化学性质
用
途
①
②
③
④
二、H2SiO3
物理性质
化学性质
用
途
实验室制法
小　结
§4.1
无机非金属材料的主角—硅
（第2课时）
1、初步了解硅酸盐的重要用途及组成。
2、掌握硅的物理性质和重要用途。
3、掌握硅酸钠的化学性质。
【学习目标】
【重点难点】
硅酸盐的重要用途及组成,硅的物理性质和重要用途，硅酸钠的化学性质。。
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称；硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。
三、硅酸盐
常见硅酸盐矿物
思考:
看书学习如何将硅酸盐用氧化物的形式表示？
硅酸盐结构复杂、种类繁多，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。例如：
Na2SiO3
:
Na2O
·
SiO2
CaSiO3
:
Ca2O
·
SiO2
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
1、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
1.3MgO·2SiO2·2H2O
2.CaO·Al2O3·SiO2
3.CaO·3MgO·4SiO2
4.K2O·Al2O3·6SiO2
5.CaO·Na2O·6SiO2
三、硅酸盐
硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。
2.
硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等。
实验探究2
取两条一样的干燥布条，分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干后，分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。
思考·交流
燃烧
无明火，不燃烧
Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂
放入蒸馏水
放入Na2SiO3饱和溶液
现象
结论
无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
3.
硅酸盐产品
交流·研讨
硅酸盐产品简介
科学视野
硅酸盐产品
水泥
陶瓷
玻璃
制造原料
黏土、石灰石、石膏
黏土、石英砂
纯碱、石灰石、石英
主要设备
水泥回转窖
陶瓷窖
玻璃窖
生产条件
高温煅烧
高温烧结
高温熔融
主要成分
硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙
复杂，主要是硅酸盐
硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅
生产共同点
都在高温下，发生了复杂的物理和化学变化，原料都有含硅的物质，产品都含有硅酸盐，且都是混合物。
几种特种玻璃
种
类
特
性
用
途
普通玻璃
在较高温度下易软化
窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
石英玻璃
膨胀系数小，耐酸碱，
强度大，滤光
化学仪器；高压水银灯、
紫外灯等的灯壳；光导
纤维、压电晶体等
光学玻璃
透光性能好，有折光和
色散性
眼镜片；照相机、显微
镜、望远镜用凹凸透镜
等光学仪器
玻璃纤维
耐腐蚀、不怕烧、不导
电、不吸水、隔热、吸
声、防虫蛀
太空飞行员的衣服、
玻璃钢等
钢化玻璃
耐高温、耐腐蚀、强度
大、质轻、抗震裂
运动器材；微波通讯器材;
汽车、火车窗玻璃等
景德镇传统名瓷之一的粉彩瓷
享有盛誉的中国古代陶瓷
科学视野
特殊功能含硅物质
碳化硅
硅钢
硅橡胶
分子筛
性能
硬度很大
很高的导磁性
耐高低温，弹性好
均有微孔结构
用途
砂纸、砂轮磨料
变压器铁芯
做零件、绝缘材料
吸附剂、催化剂
传统无机非金属材料：
陶瓷、玻璃、水泥
新型无机非金属材料：
新型陶瓷
透明陶瓷、超导陶瓷等
高温结构陶瓷、压电陶瓷
科学视野
高压钠灯
透明氧化铝陶瓷
科学视野
生
物
陶
瓷
应
用
科学视野
用高温结构陶瓷做的发动机叶片
科学视野
四、硅单质
（1）
存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。
（2）
物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，
熔点(1410℃)和沸点都很高，硬度大。
(3)化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼
导电性介于导体和绝缘体之间。
交流·研讨
(1)常温时能与F2、HF和强碱溶液反应，方程式分别为：
Si＋2F2===SiF4；
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
O
2
(4)用途
晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料。
交流·研讨
小　结
硅酸盐
1.表示方法：①盐化学式法
②盐氧化物法
2.硅酸钠
⑴硅酸钠是一种无色晶体，熔点高
⑵硅酸钠易溶于水，水溶液俗称水玻璃，呈碱性
⑶Na2SiO3易吸收空气中的CO2：
Na2SiO3
+H2O+CO2==
2NaCO3
+
H2SiO3（胶体）
⑷Na2SiO3溶液（水玻璃）—木材防火、黏胶剂等
3.硅酸盐产品
：水泥、陶瓷、玻璃
4.硅
①存在与状态；②物理性质；③化学性质
④用途；⑤用途。
②
③
④
⑤
①
随堂练习