无机非金属材料的主角——硅 1
文档属性
| 名称 | 无机非金属材料的主角——硅 1 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 8.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2011-12-05 13:18:54 | ||
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文档简介
(共45张PPT)
第四章 非金属及其化合物
第一节
第二节
第三节
第四节
归纳与整理
无机非金属材料的主角——硅
富集在海水中的元素——氯
氨 硝酸 硫酸
硫和氮的氧化物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
Si
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）
思考3：碳、硅在自然界分别以什么形式存在？
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？
1.二氧化硅(SiO2)
硅石(天然)
结晶形
无定形
约占地壳质量的12%
无色透明的SiO2晶体叫做水晶。
石英
具有彩色环带状或层状的叫玛瑙
水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙此为水晶原生矿，二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。
石英具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。
二氧化硅的结构
因为在二氧化硅晶体中，每一个硅Si周围结合4个O；同时每个O与2个Si结合。因此它是Si与O按1 ：2的原子个数比组成的具有空间网状结构的晶体。
[SiO4]四面体不仅存在于SiO2晶体中,而且存在于所有硅酸盐矿石中，是构成多姿多彩的硅酸盐世界的基本骨架
决定了SiO2具有优良的物理和化学性质
分析异同,理解特性
根据二氧化硅的存在和应用,请分析:
二氧化硅具有那些物理性质
化学稳定性如何 你的根据是什么
二氧化硅的这些性质是由什么决定的
尝试与二氧化碳做比较.
二氧化碳的晶体结构
二氧化硅的晶体结构
物理性质:___________________________________
化学稳定性:____________________________
硬度大、熔点高、难溶于水
很稳定
SiO2的化学性质（很不活泼）
1.酸性氧化物
与碱性氧化物反应生成盐
SiO2＋ CaO == CaSiO3
与强碱反应生成盐和水
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
高温
讨论：初中学过的酸性氧化物的通性包括哪些方面？（以CO2为例）
硅酸钠
2.特性
与HF的反应
SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O
此反应常用于雕刻玻璃
(唯一能与SiO2反应的酸)
１．为什么在实验室中盛放NaOH溶液
的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
答：玻璃中的SiO2 与NaOH 反应生成有粘胶性的硅酸钠
想一想
2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
答：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。
实验室现提供下列试剂瓶, ①细口磨口塞玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品 你的依据是什么
a.二氧化硅______ b.氢氧化钠溶液____
c.硝酸银晶体_____ d.氢氟酸___
e.浓硫酸____
考考你！
②
③
④
⑤
①
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
不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，且与氢氟酸反应也不是表现二氧化硅的碱性。故其属于酸性氧化物。
想一想
物质 SiO2 CO2
状态(常温) 气体
熔点 -56.6℃
沸点 -78.5℃
溶解性 1：1
硬度
固体
1610℃
2230℃
不溶
大
二氧化硅和二氧化碳的物理性质
二氧化硅和二氧化碳的化学性质
化合物
化学性质 二氧化碳
(CO2) 二氧化硅
(SiO2)
相同点
酸性氧化物 与强碱反应
与碱性氧化物反应
与水
反应
弱氧化性
特殊性
SiO2+CaO = CaSiO3
高温
CO2+H2O H2CO3
CO2+C = 2CO
高温
SiO2+2C = Si+2CO↑
高温
SiO2+4HF= SiF4↑ +2H2O
CO2+2NaOH = Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
与氢氟酸不反应
SiO2+2NaOH =
Na2SiO3+H2O
不反应
现象
结论
反应式
实验４－１观察现象并填写下表
滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成
Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应
生成了H2SiO3沉淀
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3(胶体）+ 2NaCl
制备:
可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应
二.硅酸 (H2SiO3)
热稳定性（易分解)：H2SiO3＝SiO2+H2O
△
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。
活动探究：
实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中
现象： 透明的硅酸凝胶生成
方程式：
Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3 + Na2CO3
结论：
硅酸是一种很弱的酸，
酸性比碳酸还弱
［拓展］如何利用SiO2制取硅酸？写出相应的化学方程式。
［解答］以二氧化硅为原料制取硅酸:
① SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
② Na2SiO3+CO2+H2O = Na2CO3+H2SiO3↓
SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3↓
或 Na2SiO3+2HCl= H2SiO3↓+2NaCl
用途:
可作干燥剂和催化剂的载体
阅读硅酸部分内容总结如何制硅胶？硅胶有哪些用途？
硅酸溶胶
硅酸凝胶
干燥脱水
硅酸干凝胶（硅胶）
可溶性硅酸盐
H+
H2SiO3
聚合
浓度大时
SiO2的网状结构
1.SiO2
结构
物理性质
化学性质
2. H2SiO3
制备
性质
用途
熔点高，硬度大的固体，不溶于水
化学性质很不活泼
SiO2＋ CaO == CaSiO3
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O
小结:
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
不溶于水，酸性比碳酸还弱的酸
可作干燥剂和催化剂的载体
高温
1．下列叙述中，正确的是： （ ） A．自然界中存在大量单质硅
B．石英、水晶的主要成分都是SiO2
C．SiO2的化学性质活泼，跟酸碱都能发生化学反应
D．SiO2是酸性氧化物，它不与任何酸反应
2．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中
（ ）
A．具有玻璃塞的细口瓶
B．具有玻璃塞的广口瓶
C．带滴管的滴瓶
D．具有橡胶塞的细口瓶
D
B
再见
硅酸盐的丰富性和多样性
人面鱼纹盆
陶瓷
日用器皿、建筑饰材、卫生洁具
分子筛
具有均匀微孔结构的铝硅酸盐
二、硅酸盐
1、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
2、性质：大多不溶于水，化学性质稳定。
活泼金属氧化物 + 不活泼金属氧化物 + 二氧化硅 + 水
3、表示方法：（P77 资料卡片）
4、硅酸钠 Na2SiO3
探究步骤 观察现象 探究结论
实验4-2：取两个小木条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3 溶液中浸透，取出在酒精灯外焰加热，观察现象。
放入水中的木条水分蒸发后燃烧，放入 Na2SiO3中的不燃烧
Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂
② 化学性质：
a 与酸反应：
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
b 与盐反应：
Na2SiO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaSiO3↓
思考与讨论: Na2SiO3溶液在空气中久置会出现什么现象？原因？
③ 用途：
肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等
① 物理性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，无色粘稠，可制备硅胶和木材防火剂。
无机非金属材料
新型无机非金属材料
传统无机非金属材料
陶
瓷
玻
璃
水
泥
（新型陶瓷）
（硅酸盐产品）
高温结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
④ 特殊含硅化合物——碳化硅SiC，俗名金刚砂 ，具有与金刚石类似的空间网状结构，硬度大，熔点高。
① 玻璃
主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2O CaO 6SiO2）
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑
主要原料：纯碱、石灰石和石英
主要设备：玻璃窑
② 水泥
主要原料：粘土和石灰石、石膏适量（调节水泥硬化速度）
主要成分： 硅酸三钙：3CaO·SiO2
硅酸二钙：2CaO·SiO2
铝酸三钙：3CaO·Al2O3
主要设备：水泥回转窑
③ 陶瓷
主要原料：粘土
生物陶瓷——人造骨
工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅，又能跟氯气反应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：
硅的工业制备
硅单质
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑ ①
Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4 ②
SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl ③
1、存在和状态：
(1)只有化合态，无游离态；(2)晶体硅和无定型硅。
2、物理性质：
灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。
3、化学性质：
不活泼
(1)常温下：
② Si+4HF = SiF4+2H2↑
③ Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑
注：与酸（除HF）碱不反应，其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。
(2)加热时：与某些非金属反应
Si+O2==SiO2
4、用途：半导体材料
① Si+2F2 = SiF4
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。
半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命
硅的用途
价值5元的沙子
SiO2
Si
点沙成金
价值5000元的芯片
二.硅及其化合物的作用
硅的用途树形图
再见
第四章 非金属及其化合物
第一节
第二节
第三节
第四节
归纳与整理
无机非金属材料的主角——硅
富集在海水中的元素——氯
氨 硝酸 硫酸
硫和氮的氧化物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
Si
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）
思考3：碳、硅在自然界分别以什么形式存在？
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？
1.二氧化硅(SiO2)
硅石(天然)
结晶形
无定形
约占地壳质量的12%
无色透明的SiO2晶体叫做水晶。
石英
具有彩色环带状或层状的叫玛瑙
水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙此为水晶原生矿，二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。
石英具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。
二氧化硅的结构
因为在二氧化硅晶体中，每一个硅Si周围结合4个O；同时每个O与2个Si结合。因此它是Si与O按1 ：2的原子个数比组成的具有空间网状结构的晶体。
[SiO4]四面体不仅存在于SiO2晶体中,而且存在于所有硅酸盐矿石中，是构成多姿多彩的硅酸盐世界的基本骨架
决定了SiO2具有优良的物理和化学性质
分析异同,理解特性
根据二氧化硅的存在和应用,请分析:
二氧化硅具有那些物理性质
化学稳定性如何 你的根据是什么
二氧化硅的这些性质是由什么决定的
尝试与二氧化碳做比较.
二氧化碳的晶体结构
二氧化硅的晶体结构
物理性质:___________________________________
化学稳定性:____________________________
硬度大、熔点高、难溶于水
很稳定
SiO2的化学性质（很不活泼）
1.酸性氧化物
与碱性氧化物反应生成盐
SiO2＋ CaO == CaSiO3
与强碱反应生成盐和水
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
高温
讨论：初中学过的酸性氧化物的通性包括哪些方面？（以CO2为例）
硅酸钠
2.特性
与HF的反应
SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O
此反应常用于雕刻玻璃
(唯一能与SiO2反应的酸)
１．为什么在实验室中盛放NaOH溶液
的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
答：玻璃中的SiO2 与NaOH 反应生成有粘胶性的硅酸钠
想一想
2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
答：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。
实验室现提供下列试剂瓶, ①细口磨口塞玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品 你的依据是什么
a.二氧化硅______ b.氢氧化钠溶液____
c.硝酸银晶体_____ d.氢氟酸___
e.浓硫酸____
考考你！
②
③
④
⑤
①
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
不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，且与氢氟酸反应也不是表现二氧化硅的碱性。故其属于酸性氧化物。
想一想
物质 SiO2 CO2
状态(常温) 气体
熔点 -56.6℃
沸点 -78.5℃
溶解性 1：1
硬度
固体
1610℃
2230℃
不溶
大
二氧化硅和二氧化碳的物理性质
二氧化硅和二氧化碳的化学性质
化合物
化学性质 二氧化碳
(CO2) 二氧化硅
(SiO2)
相同点
酸性氧化物 与强碱反应
与碱性氧化物反应
与水
反应
弱氧化性
特殊性
SiO2+CaO = CaSiO3
高温
CO2+H2O H2CO3
CO2+C = 2CO
高温
SiO2+2C = Si+2CO↑
高温
SiO2+4HF= SiF4↑ +2H2O
CO2+2NaOH = Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
与氢氟酸不反应
SiO2+2NaOH =
Na2SiO3+H2O
不反应
现象
结论
反应式
实验４－１观察现象并填写下表
滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成
Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应
生成了H2SiO3沉淀
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3(胶体）+ 2NaCl
制备:
可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与酸反应
二.硅酸 (H2SiO3)
热稳定性（易分解)：H2SiO3＝SiO2+H2O
△
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。
活动探究：
实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中
现象： 透明的硅酸凝胶生成
方程式：
Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3 + Na2CO3
结论：
硅酸是一种很弱的酸，
酸性比碳酸还弱
［拓展］如何利用SiO2制取硅酸？写出相应的化学方程式。
［解答］以二氧化硅为原料制取硅酸:
① SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
② Na2SiO3+CO2+H2O = Na2CO3+H2SiO3↓
SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3↓
或 Na2SiO3+2HCl= H2SiO3↓+2NaCl
用途:
可作干燥剂和催化剂的载体
阅读硅酸部分内容总结如何制硅胶？硅胶有哪些用途？
硅酸溶胶
硅酸凝胶
干燥脱水
硅酸干凝胶（硅胶）
可溶性硅酸盐
H+
H2SiO3
聚合
浓度大时
SiO2的网状结构
1.SiO2
结构
物理性质
化学性质
2. H2SiO3
制备
性质
用途
熔点高，硬度大的固体，不溶于水
化学性质很不活泼
SiO2＋ CaO == CaSiO3
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O
小结:
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
不溶于水，酸性比碳酸还弱的酸
可作干燥剂和催化剂的载体
高温
1．下列叙述中，正确的是： （ ） A．自然界中存在大量单质硅
B．石英、水晶的主要成分都是SiO2
C．SiO2的化学性质活泼，跟酸碱都能发生化学反应
D．SiO2是酸性氧化物，它不与任何酸反应
2．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中
（ ）
A．具有玻璃塞的细口瓶
B．具有玻璃塞的广口瓶
C．带滴管的滴瓶
D．具有橡胶塞的细口瓶
D
B
再见
硅酸盐的丰富性和多样性
人面鱼纹盆
陶瓷
日用器皿、建筑饰材、卫生洁具
分子筛
具有均匀微孔结构的铝硅酸盐
二、硅酸盐
1、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
2、性质：大多不溶于水，化学性质稳定。
活泼金属氧化物 + 不活泼金属氧化物 + 二氧化硅 + 水
3、表示方法：（P77 资料卡片）
4、硅酸钠 Na2SiO3
探究步骤 观察现象 探究结论
实验4-2：取两个小木条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3 溶液中浸透，取出在酒精灯外焰加热，观察现象。
放入水中的木条水分蒸发后燃烧，放入 Na2SiO3中的不燃烧
Na2SiO3不易燃烧，可作防火剂
② 化学性质：
a 与酸反应：
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
b 与盐反应：
Na2SiO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaSiO3↓
思考与讨论: Na2SiO3溶液在空气中久置会出现什么现象？原因？
③ 用途：
肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂等
① 物理性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，无色粘稠，可制备硅胶和木材防火剂。
无机非金属材料
新型无机非金属材料
传统无机非金属材料
陶
瓷
玻
璃
水
泥
（新型陶瓷）
（硅酸盐产品）
高温结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
④ 特殊含硅化合物——碳化硅SiC，俗名金刚砂 ，具有与金刚石类似的空间网状结构，硬度大，熔点高。
① 玻璃
主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2O CaO 6SiO2）
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑
主要原料：纯碱、石灰石和石英
主要设备：玻璃窑
② 水泥
主要原料：粘土和石灰石、石膏适量（调节水泥硬化速度）
主要成分： 硅酸三钙：3CaO·SiO2
硅酸二钙：2CaO·SiO2
铝酸三钙：3CaO·Al2O3
主要设备：水泥回转窑
③ 陶瓷
主要原料：粘土
生物陶瓷——人造骨
工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅，又能跟氯气反应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：
硅的工业制备
硅单质
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑ ①
Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4 ②
SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl ③
1、存在和状态：
(1)只有化合态，无游离态；(2)晶体硅和无定型硅。
2、物理性质：
灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。
3、化学性质：
不活泼
(1)常温下：
② Si+4HF = SiF4+2H2↑
③ Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑
注：与酸（除HF）碱不反应，其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。
(2)加热时：与某些非金属反应
Si+O2==SiO2
4、用途：半导体材料
① Si+2F2 = SiF4
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。
半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命
硅的用途
价值5元的沙子
SiO2
Si
点沙成金
价值5000元的芯片
二.硅及其化合物的作用
硅的用途树形图
再见