人教版高中必修一化学课件：4_1硅

人教版高中必修一化学课件：4_1硅

第一节无机非金属材料的主角 —— 硅 Si-26.30% 硅的存在与分布 存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以氧化物和硅酸盐的形式存在） 分布：自然界中分布广泛，是构成矿物和岩石的基本元素。 图 4-1 硅的广泛存在 硅和碳 一样 , 其原子 既不易失去电子，也不易得到电 子， 所以硅的化学性质不活泼 , 主要形成 四价化合物 ． C Si 碳 是构成有机物的主要元素 硅 是构成岩石和许多矿物的主要元素 从 原子结构 认识硅 结晶形 石英晶体 (SiO 2 ) 沙子 无定形 —— 硅藻土 水晶 玛瑙 一、 二氧化硅 （ SiO 2 ） 1 、存在 : 硅石 （天然） 无色透明 彩色环带或层状 水晶 玛瑙 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 相结合。 硅原子 —— 二氧化硅中 氧原子与硅原子个数比为 2 ： 1 ，用 SiO 2 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。 [SiO 4 ] 四面体结构 立体网状结构决定了 SiO 2 具有优良的物理和化学性质 2 、结构 思考与交流 P76 物理性质 :_____________________________ 化学稳定性 :_________________________ 通常条件下，很稳定 硬度大、熔点高、难溶于水 3 、二氧化硅的化学性质（ 通常很不活泼 ） 1 ） 具有 酸性氧化物 的通性 （ 1 ）与 强碱 反应生成盐和水 SiO 2 ＋ 2NaOH = Na 2 SiO 3 ＋ H 2 O 硅酸钠 （ 2 ）与碱性氧化物反应生成盐 （ 有粘性，其溶液俗称水玻璃 ） 高温 SiO 2 ＋ CaO CaSiO 3 实验室盛装 NaOH 溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOH 溶液能与玻璃中的 SiO 2 反应生成 Na 2 SiO 3 ，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 。 原因 SiO 2 ＋ 4HF = SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 O 　　　 此反应常用于雕刻玻璃 2 ） 特性 —— 与氢氟酸 HF 反应 思考 : 实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 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 。 CO 2 SiO 2 不同点 构成 CO 2 分子 立体网状结构，无 SiO 2 分子 物理性质 气体，熔沸点较低，溶于水 固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水 与水反应 H 2 O+CO 2 =H 2 CO 3 不反应 与酸反应 不反应 相同点 与碱性氧化物反应 与强碱反应 氧化性 用途 SiO 2 ＋ 4HF = SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 O 　　　 CO 2 +2NaOH= Na 2 CO 3 +H 2 O SiO 2 ＋ CaO = CaSiO 3 高温 CO 2 +CaO=CaCO 3 SiO 2 +2NaOH=Na 2 SiO 3 +H 2 O C O 2 ＋ C = 2 CO 高温 SiO 2 ＋ 2 C = Si + 2CO ↑ 高温 特性 人工降雨，灭火 , 饮料等 下页 SiO 2 的用途 现代通信用 光缆 光学纤维 胃镜 用 光导纤维 做 无开刀手术 光导纤维 手术头灯 光导纤维 二、硅酸 ( H 2 SiO 3 ) 硅酸是一种 白色固体 ，它 不溶于水 ；是一种 弱酸 ， 酸性比碳酸还弱， 不能使指示剂变色。 思考 　　 二氧化硅难溶于水 ， 又不与水反应 ，那 么， 如何制得硅酸呢？ 实验 4-1 ：向饱和 Na 2 SiO 3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸 现 象 结 论 方程式 ① 滴入酚酞溶液呈 红色 ① Na 2 SiO 3 溶液呈碱性 Na 2 SiO 3 +2HCl = H 2 SiO 3 （胶体） +2NaCl 实验探究 ② 滴入盐酸有白色胶状物质产生 ② 硅酸难溶于水 生 成的硅酸逐渐聚合而形成 硅酸溶胶 （能流动） ，当硅酸的浓度较大时，就会形成 硅酸凝胶 （不能流动） ，硅酸凝胶经过干燥脱水就形成 硅胶 。 硅胶 的用途： 干燥剂（吸水）， 吸附剂（多孔）， 催化剂的载体。 用 H 2 CO 3 可制得 H 2 SiO 3 ，可证明 H 2 SiO 3 的酸性比 H 2 CO 3 弱。 SiO 3 2- + H 2 O + CO 2 = CO 3 2- + H 2 SiO 3 ↓ Na 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓ 　 向 Na 2 SiO 3 溶液中通如 CO 2 也可生成 H 2 SiO 3 H 2 SiO 3 稳定性差，受热易分解 H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O 三、 硅酸盐 结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定 。 最简单的硅酸盐 — 硅酸钠（ Na 2 SiO 3 ), 其水溶液俗称 水玻璃 或者 泡花碱 ，用于制备 硅胶和木材防火剂，作肥皂填料、粘合剂 等。 是由 硅、氧 和 金属 组成的化合物的总称。 1 、概念： 实验 4-2 放入蒸馏水 放入 Na 2 SiO 3 饱和溶液 现象 结论 当水分蒸发后燃烧 当水分蒸发后不易燃烧 用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火 制备木材防火剂的原料 2 、硅酸盐组成表示 1 、将硅酸盐中所有元素都写成 氧化物 。氧化物书写顺序： 活泼金属氧化物 · 较活泼金属氧化物 ·SiO 2 ·H 2 O 2 、氧化物之间用“ · ”隔开 3 、在氧化物前面按化学式中的比例添加系数 硅酸钠（ Na 2 SiO 3 ) 镁橄榄石（ Mg 2 SiO 4 ） 钙沸石 Ca(Al 2 Si 3 O 10 ) ·3H 2 O Na 2 O ·SiO 2 2MgO ·SiO 2 CaO ·Al 2 O 3 ·3SiO 2 ·3H 2 O K 2 O·3Al 2 O 3 ·6SiO 2 ·2H 2 O K(Al 3 Si 3 O 10 )(OH) 2 练习 传统无机非金属材料 硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 阅读教材 78-79 3 、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥 3 、硅酸盐产品 陶瓷 玻璃 水泥 生产原料：石灰石、黏土 （ CaCO 3 、 Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分： 3 CaO·SiO 2 2 CaO·SiO 2 3 CaO·Al 2 O 3 主要性质：水硬性 水 泥 生产原料：纯碱、石灰石、石英 （ Na 2 CO 3 、 CaCO 3 、 SiO 2 ） 生产设备：玻璃窑 反应原理： 主要成分： Na 2 SiO 3 、 CaSiO 3 、 SiO 2 高温 SiO 2 + Na 2 CO 3 Na 2 SiO 3 + CO 2 ↑ SiO 2 + CaCO 3 CaSiO 3 + CO 2 ↑ 高温 玻 璃 有色玻璃 钢化玻璃 加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化再急速冷却 玻璃 生产原料：黏土 （ Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O ） 生产设备：陶瓷窑 生产过程：混合 - 成型 - 干燥 - 烧结 - 冷却 主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型 陶 瓷（ china ） 具有特殊功能的含硅物质 1 、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。 2 、 硅 钢 （铁合金） 导磁性良好，用作变压器铁芯 3 、硅橡胶 4 、分子筛 新型无机非金属材料： 新型陶瓷 高温结构陶瓷、压电陶瓷 透明陶瓷、超导陶瓷等 科学视野 图 4-10 生物陶瓷制成 的 人造骨 硅酸盐 无机非金属材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 1 、种类和结构 硅有 晶体硅 和 无定形硅 两种，晶体硅的结构和金刚石类似。 3 、化学性质 常温下，硅的化学性质 不活泼。除 F 2 、 HF 和强碱外，均不反应。加热或者高温时，可与某些非金属单质反应。 四、硅单质 1 、与氟气反应： 2 、与氢氟酸反应： 3 、与强碱溶液反应： 4 、与氯气反应： 5 、与氧气反应 Si+2F 2 == SiF 4 Si+4HF == SiF 4 ↑ +2H 2 ↑ Si+2NaOH+H 2 O == Na 2 SiO 3 +2H 2 ↑ Si+2Cl 2 = SiCl 4 Si+O 2 == SiO 2 △ 高温 纯硅的制备 课本 P81 9T 5. 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 . 硅太阳能电池 电脑的中央处理器（ CPU ）