高中化学必修一 硅.ppt

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1、LOGOLOGO第四章非金属及其化合物LOGOLOGO第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角 硅硅你知道美国的硅谷吗？你知道美国的硅谷吗？Silicon vallyLOGOLOGOSi元素在地壳中的含量排在第几位？元素在地壳中的含量排在第几位？LOGOLOGO在地壳中硅的含量为在地壳中硅的含量为26.3%26.3%，仅次于，仅次于氧氧。硅的氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分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，约占地壳质量的的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%90%以上。在无机非金属材料中，硅一以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演中主要角色直扮演中主要角色LOGO

2、LOGOLOGOLOGO碳及其重要化合物碳及其重要化合物LOGOLOGO碳碳 单单 质质1、碳的、碳的同素异形体同素异形体的结构的结构金刚石金刚石石墨石墨C60LOGOLOGO10928 金刚石是一种具有金刚石是一种具有空间网状结构空间网状结构的的晶体晶体，在晶体中，每个碳原都，在晶体中，每个碳原都被相邻的被相邻的4 4个碳原子包围，处于个碳原子包围，处于4 4个碳原子的个碳原子的中心中心，以共价键与，以共价键与4 4个碳个碳原子结合。成为原子结合。成为正四面体结构正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的联结的立体网状结构立体网状结构。金刚石的熔点

3、（。金刚石的熔点（35503550）和沸点和沸点（48274827）都很高都很高,硬度硬度很大。很大。金刚石金刚石LOGOLOGO-120共价键共价键范德华力范德华力石墨石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。熔沸点高LOGOLOGO1、可燃性可燃性：C+O2=CO2 2 C+O2(不足不足)=2CO点燃点燃点燃点燃2、还原性：、还原性：C+2CuO=2Cu+CO2 C+H2O =CO+H2(水煤气水煤气)2、化学性质化学性质C+4HNO3（浓）（浓）=CO2+4 NO2+2H2OC+2H2SO4（浓）（浓）=CO2+2SO2+2H2O2C+SiO2=2CO+Si高温高

4、温C+CO2=2CO高温高温LOGOLOGO碳的化合物LOGOLOGO一氧化碳一氧化碳（1）物理性质）物理性质（2）化学性质）化学性质1、可燃性可燃性：2CO+O2=2CO2(用点燃方法除用点燃方法除CO)点燃点燃2、还原性：还原性：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(炼铁炼铁)CuO+CO=Cu+CO2 3、毒性、毒性无色无味，难溶无色无味，难溶于水于水，有毒，有毒COH2OCO2H2高温高温尾气点燃处理尾气点燃处理、用气囊收集、用气囊收集4、检验检验：灼热的氧化铜、澄清石灰水灼热的氧化铜、澄清石灰水LOGOLOGO.二氧化碳二氧化碳（2）化学性质）化学性质（1）物理性质）物理性质氧化性氧

5、化性：CO2+C =2 CO CO2+2 Mg =2 MgO+C 点燃点燃 酸性氧化物酸性氧化物：CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2Na2CO3(饱和饱和)+CO2+H2O=2NaHCO3 无色无味，无毒，不支持燃烧无色无味，无毒，不支持燃烧 COCO2 2过量：过量：CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3 CO CO2 2不足量：不足量：CO2+2NaAlO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3LOGOLOGO将足将足量二氧化碳量二氧化碳不断氢氧化钠、氢氧化钡、不断氢氧化钠、氢氧化钡、偏铝酸钠溶液中偏铝酸钠

6、溶液中 通入氢氧化钠溶液中：通入氢氧化钠溶液中：CO2+2OH-=CO32-+H2O CO2+CO32-+H2O=2HCO3-通入氢氧化钡溶液中：通入氢氧化钡溶液中：CO2+Ba2+2OH-=BaCO3+H2OCO2+BaCO3+H2O=Ba2+2HCO3-通入偏铝酸钠溶液中：通入偏铝酸钠溶液中：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3+CO32-CO2+CO32-+H2O=2HCO3-LOGOLOGO（3）制法）制法 工业制法工业制法 CaCO3 CaO+CO2 实验室制法实验室制法 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2（4）检验：检验：澄清石灰水澄清石灰水高温LOGOL

7、OGO原子结构原子结构思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉：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？的哪种元素最外层电子数与它相同？Si最外层电子数是最外层电子数是4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？：碳、硅原子主要显几价？正四价（+4价）碳碳是构成有机物是构成有机物的主要元素的主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物的主要元素多矿物的主要元素Si在自然界中没有游离态的形式存在LOGOLOGO二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存二氧化硅广泛存在于自然界中，与其在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩他矿物共同构成了岩石。是一种

8、坚硬难熔石。是一种坚硬难熔的固体的固体。硅石硅矿山LOGOLOGO（1 1）存在形式：）存在形式：一、二氧化硅一、二氧化硅 SiO2地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的，其存在形态有 和 12结晶型无定形LOGOLOGO结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙1、二氧化硅（二氧化硅（SiO2）(1)(1)存在存在:天然的天然的SiOSiO2 2称为硅称为硅石石硅硅石石无色透明无色透明彩色环带或层状彩色环带或层状水晶水晶玛瑙LOGOLOGO水晶水晶晶晶体体二二氧氧化化硅硅LOGOLOGO玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙LOGOLOGO坚硬难熔的固体，坚硬难熔的固体，熔沸点

9、比较高，熔沸点比较高，不溶于水，不溶于水，硬度比较大。硬度比较大。2.2.物理性质物理性质LOGOLOGO二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2化学式化学式的意义的意义状状 态态硬硬 度度熔沸点熔沸点相同点相同点表示二氧化碳分表示二氧化碳分子及其组成子及其组成表示二氧化硅晶体中表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比硅氧原子个数比气气 态态固固 态态很小很小很大很大能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水很很 低低很很 高高二氧化硅与二氧化碳的物理性质对比 都属酸性氧化物都属酸性氧化物水水 溶溶 性性LOGOLOGO活动与探究 为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质为什么二氧化硅和二

10、氧化碳物理性质有这有这么么大的差别？大的差别？是结构上的不同是结构上的不同LOGOLOGOSiO3.3.结构结构.SiO2原子晶体原子晶体LOGOLOGOSiOSiO2是正四面体的空间网状结构，是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 LOGOLOGOLOGOLOGO实验室盛装实验室盛装NaOH溶液溶液的试剂瓶用橡皮塞而不的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什用玻璃塞，你知道为什么吗？么吗？LOGOLOGO4 4、化学性质（不活泼）：、化学性质（不活泼）：（a a）常温与氢氟酸（）常温与氢氟酸（SiOSiO2 2很不活泼，很不活泼，HFHF是唯一能跟是唯一能跟其反应的酸）其反应

11、的酸）4HF+SiO4HF+SiO2 2=SiFSiF4 4+2H+2H2 2O O玻璃中含有SiO2，所以可以用，所以可以用HF来刻蚀玻璃来刻蚀玻璃SiO2 不溶于水，不与水反应LOGOLOGOSiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2高温（b)b)酸性氧化物酸性氧化物的特性：的特性：与与碱性氧化物碱性氧化物反应反应与与强碱强碱反应：反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与与某些盐某些盐反应：反应：SiO2+CaO=CaSiO3高温（有粘性，其溶液俗称水玻璃）有粘性，其溶液俗称水玻璃）高温SiO2既能跟酸反应，又能跟碱反应，但不是两性

12、氧化物注意：LOGOLOGO二氧化硅(SiOSiO2 2）二氧化(COCO2 2)物理性质熔沸点高、硬度大熔沸点低硬度小与水反应 与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应 与碳反应高温高温高温高温高温高温不反应CO2+H2O=H2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3CO2+CaO=CaCO3SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反应SiO2+2C=Si+2COCO2+C=2COLOGOLOGO练习练习下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的下列几种物质其主要成分不是二氧化硅的是（是（）红宝石红宝石 玛瑙玛瑙 钻石钻石 石

13、英晶体石英晶体硅硅石石 水晶水晶 大理石大理石 金刚砂金刚砂 硅藻土硅藻土 光导纤维光导纤维 LOGOLOGO5 5、用途、用途由于由于SiOSiO2 2具有优良的物理化学性能加上具有优良的物理化学性能加上SiOSiO2 2在自然界的广在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。LOGOLOGO制光导纤维制光导纤维石英玻璃制化学仪器石英玻璃制化学仪器制石英表、石英钟制石英表、石英钟水晶制光学仪器和工艺品水晶制光学仪器和工艺品玛瑙制精密轴承和装饰品玛瑙制精密轴承和装饰品LOGOLOGO石英制品LOGOLOGO用用光光导导纤纤维维做做无无开开刀刀手手

14、术术光导纤维手术头灯光导纤维手术头灯通信用光缆光学纤维胃镜LOGOLOGO水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙LOGOLOGO二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。LOGOLOGO 现象现象 结论结论 反应式反应式 76实验实验观观观观察

15、察察察现现现现象并填写下表象并填写下表象并填写下表象并填写下表滴入酚酞溶液显滴入酚酞溶液显滴入酚酞溶液显滴入酚酞溶液显红色红色红色红色，再滴入盐酸红色，再滴入盐酸红色，再滴入盐酸红色，再滴入盐酸红色消失，并有消失，并有消失，并有消失，并有透明胶状物透明胶状物透明胶状物透明胶状物质生成质生成质生成质生成NaNa2 2SiOSiO3 3溶液呈溶液呈溶液呈溶液呈碱性碱性碱性碱性，与酸反应生成了，与酸反应生成了，与酸反应生成了，与酸反应生成了HH2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=H+2HCl=H2 2SiOSiO3 3（胶体）（胶体）（胶体）（胶体）+2NaCl+2N

16、aCl二.硅酸(H2SiO3)制备制备:可溶性硅酸盐可溶性硅酸盐（如（如Na2SiO3）与酸反应与酸反应LOGOLOGO2 2、用、用H H2 2COCO3 3也可制得也可制得H H2 2SiOSiO3 3 ，可证明可证明H H2 2SiOSiO3 3 的酸的酸性比性比H H2 2COCO3 3弱。弱。SiO32-+H2O+CO2=CO32-+H2SiO3（胶体）（胶体）Na2SiO3 +H2O+CO2（适量）（适量）=Na2CO3+H2SiO3（胶体）（胶体）一、制备方法1 1、可溶性硅酸盐、可溶性硅酸盐（如（如NaNa2 2SiOSiO3 3）与酸反应与酸反应NaNa2 2SiOSiO3

17、3+2HCl=H+2HCl=H2 2SiOSiO3 3（胶体）（胶体）（胶体）（胶体）+2NaCl+2NaClSiO32-+2H+=H2SiO3（胶体）（胶体）LOGOLOGO硅酸是一种硅酸是一种白色粉末状白色粉末状的的固体固体，它的溶解度它的溶解度小；是一种弱酸，不能使指示剂变色小；是一种弱酸，不能使指示剂变色2、物理性质硅酸凝胶硅酸凝胶经干燥脱水后经干燥脱水后得到多孔的硅得到多孔的硅酸干凝胶，称酸干凝胶，称为为“硅胶硅胶”。LOGOLOGO3 3、硅酸化学性质硅酸化学性质 与强碱发生中和反应与强碱发生中和反应 不稳定（比不稳定（比H H2 2COCO3 3稳定），受热易分解稳定），受热易分

18、解 H2SiO3 =H2O+SiO2H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2OLOGOLOGO三、硅酸盐1.含义含义：硅酸盐是由硅、氧和金硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称属元素组成的化合物的总称 硅酸盐结构复杂的固态化合物，硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。一般都不溶于水。LOGOLOGO 最简单的硅酸盐是硅酸钠最简单的硅酸盐是硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗称），俗称泡花碱；泡花碱；其水溶液俗称为其水溶液俗称为水玻璃水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂等。，可用作肥皂填料、木材防火剂等。放入蒸馏水放入蒸馏水现象现象结论结论水份水份水份水份蒸发后燃烧蒸

19、发后燃烧蒸发后燃烧蒸发后燃烧放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧水份水份蒸发后，蒸发后，失去防火作用失去防火作用防火效果好防火效果好用作防火剂用作防火剂 P77 实验实验4-22、硅酸钠 Na2SiO3LOGOLOGO花岗岩LOGOLOGO长长石石LOGOLOGO云母石LOGOLOGO滑滑石石LOGOLOGO石石棉棉LOGOLOGO高岭土高岭土LOGOLOGO粘土粘土LOGOLOGO3 3 硅酸盐的表示方法硅酸盐的表示方法用用氧化物氧化物的形式的形式表示表示 氧化物的顺序：氧化物的顺序：低价金属氧化物低价金属氧化物高价金属氧化物高价金属氧化物二氧化硅二氧化硅水水LOG

20、OLOGO用氧化物形式表示硅酸盐的组成 硅酸钠硅酸钠Na2SiO3 _ _ 硅酸钙硅酸钙CaSiO3_ 高岭石高岭石Al2(Si2O5)(OH)4_ 正长石正长石KAlSi3O8_Na2OSiO2Al2O32SiO2 2H2OK2O Al2O3 6SiO2CaO SiO2LOGOLOGO练习：练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐石棉：石棉：CaMg3Si4O12普通玻璃：普通玻璃：CaNa2Si6O14钙沸石：钙沸石：Ca(Al2Si3O10)3H2OCaO3MgO4SiO2CaONa2O6SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2OLOGOLOGO无机无机

21、非金非金属材属材料料硅硅酸酸盐盐产产品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃4、硅酸盐工业、硅酸盐工业4 4、硅酸盐工业、硅酸盐工业LOGOLOGO陶瓷原料：条件：黏土黏土高温烧结高温烧结LOGOLOGO景德镇陶瓷LOGOLOGO玻璃原料：原料：设备：设备：条件：条件：主要反应：主要反应：主要成份：主要成份：高温SiOSiO2 2+CaCO+CaCO3 3=CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2 SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 高温纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英硅酸钠、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅二氧化硅高温熔融高

22、温熔融玻璃窑玻璃窑LOGOLOGO玻璃玻璃LOGOLOGO特殊玻璃特殊玻璃有色玻璃有色玻璃钢化玻璃钢化玻璃加入了不同的金属氧化物金属氧化物普通玻璃加热接近熔熔化化再急速冷却急速冷却LOGOLOGO水泥原料：原料：设备：设备：条件：条件：主要成份：主要成份：水泥回转窑水泥回转窑黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏煅烧煅烧硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等铝酸三钙等硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)混合物铝酸三钙(3CaOAl2O3)LOGOLOGO水泥水泥LOGOLOGOLOGOLOGO其它重要硅化物nSiCn硅钢硅钢（4硅）n硅橡胶硅橡胶（金刚砂）LOGO

23、LOGO传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等LOGOLOGO五、硅单质五、硅单质1 1、存在形式、存在形式自然界中没有游离态的硅，只有化合态自然界中没有游离态的硅，只有化合态单质硅分为晶型和无定形单质硅分为晶型和无定形2 2、分布、分布自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。氧。是构成矿物和岩石的基本元素。LOGOLOGO3.3.物理性质物理性质

24、单质硅有晶体和无定单质硅有晶体和无定形体，晶体硅的结构形体，晶体硅的结构与金刚石类似，与金刚石类似，灰黑灰黑色、有金属光泽、硬色、有金属光泽、硬而脆的固体。而脆的固体。熔沸点熔沸点高，硬度大，高，硬度大，难溶于难溶于水。水。硅晶体的导电性介于硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，导体和绝缘体之间，是一种重要的是一种重要的半导体半导体材材料。料。LOGOLOGO（1 1）与氟气反应：）与氟气反应：（2 2）与氢氟酸反应：）与氢氟酸反应：（3 3）与强碱溶液反应：）与强碱溶液反应：（4 4）与氯气反应：）与氯气反应：（5 5）与氧气反应：）与氧气反应：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2

25、H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO24、化学性质：常温下反应加热条件LOGOLOGO5 5、硅的制备：、硅的制备：反应的方程式：反应的方程式：SiO2+2C=Si+2CO高温高温 工业上，用工业上，用碳在高温下还原二氧化硅碳在高温下还原二氧化硅的方法可制的方法可制得含有少量杂质的粗硅。得含有少量杂质的粗硅。制高纯度的硅（精硅）的方法：制高纯度的硅（精硅）的方法：（1 1）用氯气提取粗硅中的硅）用氯气提取粗硅中的硅（2 2）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅SiCl4 +2 H2=Si +4 HCl高温S

26、i+2Cl2=SiCl4高温（常温下呈液态）LOGOLOGO6.6.用途用途 晶体硅的导电性介于晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间导体和绝缘体之间,是良好的是良好的半半导体材料导体材料,硅是信息技术的关键硅是信息技术的关键材料材料利用硅的半导体利用硅的半导体性能，制成光电性能，制成光电池池 ，将光能转化，将光能转化为电能。为电能。硅太阳能电池硅太阳能电池LOGOLOGO硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。合金、铁合金等多种合

27、金。硅硅芯芯片片LOGOLOGO太阳能电池太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPUCPUCPUCPU）大规模集成电路LOGOLOGO 在在美美国国旧旧金金山山，有有个个最最大大的的高高科科技技工工业业园园区区，称称之之为为“硅硅谷谷”，它它是是现现代代电电子子工工业业和和计计算算机机发发展展的的基基地地。这这说说明明硅硅在在电电子子工工业业革革命命中中起起着着非非常常重重要要作作用用。以以硅硅为为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。基础而制成的晶体管是计算机的心脏。硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用LOGOLOGO1、要除去SiO2中混有

28、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B2、常温下，能跟硅反应的物质是（）A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.浓硝酸 D.氢氟酸A D3、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（）A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.HF氢氟酸 D.碳酸钠溶液CLOGOLOGO4 4、为确认、为确认HClHCl、H H2 2COCO3 3、H H2 2SiOSiO3 3的酸性强弱，有人设计的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它酸性溶液）。请依据此实验填空：酸性溶液）。请依据此实验填空：（1 1）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试）锥形瓶内装某可溶性正盐固体，分液漏斗中所盛试剂是剂是_。（2 2）装置）装置B B所盛试剂是所盛试剂是_，装置，装置B B所盛试剂的所盛试剂的作用是作用是_。（3 3）装置）装置C C所盛试剂是所盛试剂是_，出现的现象是，出现的现象是_。盐酸盐酸 饱和饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液 除除COCO2 2中含有的中含有的HClHCl NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液 产生白色凝胶产生白色凝胶 LOGOLOGOLOGOLOGO