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1、第四章第一节 硅 无机非金属材料,无机非金属材料的主角-硅,硅元素(silicon)在地壳中的含量,氧48.6%,硅26.3%,铝7.73%,铁4.75%,钙3.45%,钠2.74%,钾2.47%,镁2.00%,氢0.16%,其他1.20%,硅26.3%,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。,自然界有没有游离态的硅？,一、单质硅与半导体材料,太阳能电池,观察以下三幅图，晶体硅具有怎样的物理性质？,晶体硅的物理性质,晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。导电性介于导体和绝缘体之间。,硅是非金属，为何会具有金属的性质？,处于金属非金属的交界处,最早
2、应用的半导体材料,应用最广泛的半导体材料,结构类似金刚石，硬熔点高,硬度大。,从晶体结构及原子结构认识硅，并总结硅的化学性质。,硅与碳一样，最外层4个电子，在化学反应中既不易失去又不易得到电子，主要形成正四价化合物。,不活泼,2、化学性质不活泼,（1）常温下,与氟气、氢氟酸、强碱反应,Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2,（2）加热,常温下很稳定，不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。,为何自然界没有游离态的硅？,硅是亲氧元素，在地壳形成的高温环境条件下，硅与氧形成稳定的SiO2,硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，工业上是如何获得单质硅的
3、呢？,资料：据热力学数据表明：SiO2+2C=Si+2CO 反应能够发生的温度为T1766.88K.SiO2+C=Si+2CO2反应能够发生的温度为T2521.18K.如果你是工厂管理者，你会选则哪个温度？为什么？,高温,高温,温度高，对设备的要求也高，所需费用也高，不经济。,反应得到的是粗硅，还需提纯。,3、单质硅的制取,粗制,精制,置换反应,价值5元的沙子,SiO2,Si,点沙成金,价值5000元的芯片,制集成电路、晶体管、硅整流器等 半导体材料含硅4%的钢可制变压器铁芯含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设 备,半导体材料；硅芯片,太阳能电池,晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池、硅合金等
4、。,3、硅的用途(半导体材料),晶体管,集成电路,硅芯片,卫星的翅膀,太阳能汽车的尾巴,在太阳能方面的利用,太阳能电池,在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。,硅在电子工业中的重要作用,二、二氧化硅,1.二氧化硅(SiO2),SiO2 的天然存在：,水晶(纯净的二氧化硅),观察SiO2的外观，总结SiO2物理性质,石英,水晶,紫水晶,蔷薇石英,茶晶,黄水晶,玛瑙,2.二氧化硅物理性质:,硬度大、熔点高、难溶于水,二氧化碳物理性质：CO2是一种 无 色能溶于水的
5、 气 体，固态CO2俗称干冰。,Si,O,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定,二氧化硅的晶体结构,（2）化学性质:,通常条件下，很稳定,交流与研讨,1.从物质组成和性质角度来分类，SiO2属于哪类物质？,2.SiO2可能具有哪些化学性质？,学生总结：3、化学性质,(1)酸性氧化物：,思考：NaOH溶液为什么不盛装在带磨口玻璃塞的试剂瓶中？,因为玻璃的主要成分是二氧化硅，易与碱液反应生成对应的硅酸盐，将瓶盖粘合.,SiO2坩埚（陶瓷）能用来熔融烧碱？,学生总结：3、化学性质,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,(2)特性,注意：利用该反应可以雕刻玻璃,不能。因为玻璃瓶中含有的Si
6、O2会与HF反应,最好用特制的塑料瓶.,能否用玻璃试剂瓶盛氢氟酸，为什么？应用什么瓶盛放？,在玻璃表面涂上一层石蜡,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,洗掉酸并去掉石蜡,拓展有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？,解答不同意这种看法。因为SiO2与HF反应不能生成盐,而且它只能与HF反应,与其他酸不反应.,小结:,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,酸性氧化物,（4）用途,装饰品,石英坩埚,光导
7、纤维,石英手表,光学仪器,耐磨器皿,SiO2,精密仪器轴承,石 英 制 品,水 晶 制 品,-,光导纤维,光缆,光学纤维胃镜,二、硅酸(H2SiO3),很弱的酸,酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色,(2)、不稳定（比H2CO3稳定）受热易分解：,难溶于水。,白色胶状固体,1、物理性质,2、化学性质,（1)与强碱反应,思考：CO2H2OH2CO3，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3。那怎样制备H2SiO3呢？,向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸.,现象,结论,方程式,滴入酚酞溶液呈红色，滴入盐酸有透明的硅酸凝胶产生,Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水,Na2SiO3+2HCl
8、=H2SiO3(胶体)+2NaCl,实验4-1,3、硅酸制备,如何通过反应证明酸性比碳酸还弱?,Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3,向硅酸盐溶液中加入盐酸或通入CO2,试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸,试剂瓶细口瓶，磨口塞广口瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞,1、实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，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。,2、下列说法正确的是（）ASiO2溶于水显酸性BCO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸DSiO2晶体中不存在单个SiO2分子,B D,4、硅胶,硅酸浓度较小-硅酸溶胶
9、，硅酸浓度较大-硅酸凝胶硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶，称为硅胶，（SiO2）干燥剂，催化剂载体,原硅酸H4SiO4,白色胶状沉淀，弱酸,硅酸可看成原硅酸失去一个水得到的,三、硅酸盐,2、大多不溶于水，化学性质很稳定,1、是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。,3、结构复杂，用SiO2和金属氧化物组合形式表示,金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“”隔开。注意:改写后应与原来化学式中的原子个数比一样。,粘土：Al2(Si2O5)(OH)4 长石：kAlSi3O8,K2OAl2O36SiO2,Al2O32SiO22H2O,放入蒸馏水,放入Na2SiO3溶液,实验4-2,现象,结
10、论,水份蒸发后燃烧,水份蒸发后不燃烧,水份蒸发后，失去防火作用,防火效果好，用作防火剂,（2）用途：水玻璃是无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强。可用作肥皂填料，木材、织物的防腐剂和防火剂，建筑、纸张的黏胶剂。,4、Na2SiO3：最简单的硅酸盐，易溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，水溶液显碱性。,可以用于制备硅胶和木材防火剂,5、无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷：原料,水泥：原料,玻璃：原料,教材：P78,新型陶瓷,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,传统无机非金属材料,（1）陶瓷的制备,原料：黏土高温烧结,（2）水泥的制备：,a.原料：黏土(SiO2)、石灰石、石膏（适量
11、）b.设备：水泥回转窑c.条件：高温锻烧,水泥回转窑,3）玻璃,A.原料：纯碱、石灰石、过量石英（SiO2)B.设备：玻璃熔炉C.条件：高温熔融D.成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2E.主要反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2F.种类：普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃、铅玻璃等,1:1:6,1:1:4,新型陶瓷,高温结构陶瓷（工程陶瓷）压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷,氮化硅陶瓷,氧化铝透明陶瓷管,具有特殊功能的含硅物质,碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。,硅 钢（铁合金）
12、导磁性良好，用作变压器铁芯,分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐,Na 2OAl 2O3 2SiO2 nH 2O,主要作吸附剂和催化剂,硅橡胶：既耐高温又耐低温,制造飞机、火箭、导弹的零件和绝缘材料,1用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的 组 成，不正确的是()A钙沸石Ca(Al2Si3O103H2O)CaOAl2O33SiO23H2OB镁橄榄石(Mg2SiO4)2MgOSiO2C长石(KAlSi3O8)K2OAl2O33SiO2D高岭石Al2Si2O5(OH)4 Al2O32SiO22H2O,C,2属于硅酸盐材料的是()水泥玻璃陶瓷水晶 A B C D,D,3下列关于水玻璃的性质和用途叙述
13、不正确的是()A水玻璃是一种矿物胶，不能燃烧B在建筑工业上可作黏合剂C木材、织物浸过水玻璃后，不易燃烧 D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质,D,当堂检测,1.有关硅元素的下列叙述中正确的是（）A硅与任何酸都不反应 B硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。C硅的性质很稳定，在自然界以游离态存在D.晶体硅和无定形硅是同种物质2、在浓硝酸 水 盐酸 氢氟酸 氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的有（）A.B.C.D.3、下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是：()A.氢氟酸 B.浓硝酸C.NaOH溶液 D.氯水4.下列说法正确的是（）制
14、造光导纤维的主要原料是晶体硅；制造光导纤维的主要原料是SiO2；电脑中的芯片、太阳能电池的主要原料是晶体硅医用内窥镜的主要原料是SiA B C D,B,C,C,B,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,B,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,3.下列物质中,主要成分不是SiO2的是（）A.金刚砂 B.玛瑙 C.水晶 D.石英,A,预习检测,根据你的预习，判断正误：1.硅能导电，故它是金属。（）2.硅的化学性质比较稳定，在自然界中主要以游离态存在。（）3.高纯度的硅被广泛用于制作计算机芯片。（）4.晶体硅是制造光导纤维的原料。（）5.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不可以与任何酸反应。（）,
