1、第四章 非金属及及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角硅,教学目标,1.了解硅元素在自然界中的存在形式,知道硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域的应用,知道二氧化硅的性质;了解硅酸的性质及制法。 2.以知识的学习为线索,掌握学习元素化合物的一般方法,结构决定性质,性质决定用途和保存方法,提高自主学习的能力。 3.通过了解新教材硅及其人物化合物的性质,培养学生的科学态度和辩证唯物主义世界观和关心社会,热爱生活的习惯。,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1.2
2、0%,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。,硅的分布与存在,存在:没有游离态,只有化合态 分布: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。,Si,最外层电子数是4,碳也是。,思考2:碳、硅原子主要显几价,化学性质是否活泼,与其它原子结合时是得失电子还是形成共用电子对?,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?,C,1、硅的工业制法 :,粗硅:,纯硅:,一、硅单质,2.物理性质,结构类似金刚石,为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。,3.化学性质,在常温下化学性质不活
3、泼,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2,4.用途,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,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,利用硅的半导体性能,制成光电池 ,将光能转化为电能。,电脑的中央处理器(CPU),硅芯片的使用,使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。,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,制铝合金、铁合金等多种合金。,硅芯片,二氧化硅(SiO2) G63,二氧化硅广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山
4、,二、二氧化硅和硅酸,(一)二氧化硅(SiO2),二、二氧化硅和硅酸,水晶,晶体二氧化硅,玛 瑙,玛瑙,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,SiO2是正四面体的空间网状结构, 因此性质很稳定,硬度也很大。,坚硬难熔的固体, 熔沸点比较高, 不溶于水, 硬度比较大。,1.物理性质:,(一)二氧化硅(silicon dioxide),实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞,为什么?,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成有粘性的Na2SiO3,使瓶塞和瓶口粘在一起,不易打开。,2.化学性质,不能与水反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2
5、O, 是酸性氧化物,SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O,注:酸性氧化物绝大多数能与水反应生成对应的酸。,不与酸反应(除氢氟酸以外),SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O G65,在高温下与碳酸盐的反G64,SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3,高温,SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3,高温,玻璃花雕刻工艺和我们化学有什么深厚的合作关系?,注:酸性氧化物一般都不与酸反应,实验室现提供下列试剂瓶, 细口磨口塞玻璃瓶 广口瓶 细口橡胶塞玻璃瓶 棕色广口瓶 G61 细口塑料瓶, 如何存放下列药品?依据是什么? a.二氧化硅_b.氢氧化钠溶液_ c.硝酸银
6、晶体_ d.氢氟酸_ e.浓硫酸_,3、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应用。G61,石英、玛瑙,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。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,一对光纤上可同时传送3万门电话。,硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶,称为“硅胶”。,酸性较弱,比碳酸的酸性还弱。,(二)硅酸(H2SiO3),干燥硅胶,湿硅胶,硅胶多孔,吸附水份能力强,常用作实验室和袋装食品,瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。,用途
7、:G62,实验探究:在试管中加入3 5 mLNa2SiO3溶液(饱和Na2SiO3溶液按1 : 2或1 : 3的体积比用水稀释),滴入12滴酚酞溶液,再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸,边加边振荡,至溶液红色变浅并接近消失时为止。静置。观察变化过程及其现象。,现象:,结论:,方程式:,滴入酚酞溶液呈红色,滴入盐酸有有白色胶状沉淀产生,Na2SiO3呈碱性, 硅酸难溶于水.,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,1、下列各组物质有关性质关系的比较,正确的是( ) A.溶解性:CO2 H2CO3 C.熔点:SiO2 CO2(干冰) D.硬度: SiO2 CO2,C,2、下列物质中,不能用玻璃
8、瓶来盛装的是( ) A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸 D.碳酸钠溶液,C,三、硅酸盐,硅酸盐是结构复杂的固态化合物, 大多不溶于水。化学性质很稳定。,硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,实验:,取两个小木条或滤纸条,分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中,使之充分吸收,浸透,取出稍沥干(不再滴液)后,同时分别放置在酒精灯外焰处,观察现象。,最简单的硅酸盐是硅酸钠(Na2SiO3), 其水溶液俗称为水玻璃, 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀, 可用作肥皂填料、木材防火剂等 。,放入蒸馏水,现象,结论,水份蒸发后燃烧,放入Na2SiO3溶液,水份蒸发后不燃烧,水份蒸发后,失去防火作用,防
9、火效果好用作防火剂,硅酸盐的表示方法:,化学式法:,氧化物法:,硅酸钠:Na2SiO3,硅酸钙:CaSiO3,硅酸钠:Na2O SiO2,硅酸钙: CaO SiO2,高岭石:Al2O3 2SiO2 2H2O,石棉:CaO 3MgO 4SiO2,沸石:Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O,云母:K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O,长石:K2O Al2O3 6SiO2,水泥:3CaO SiO2 , 2CaO SiO2,玻璃:Na2 O CaO 6SiO2,粘土: Al2O3 2SiO2 2H2O,t,水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起,穿针引线是水泥。,湘乡水泥厂,生产过
10、程:,黏土和石灰石。,两磨、一烧。 研磨煅烧再磨成细粉;,水泥的生产原料:,普通硅酸盐水泥的成分:,1水泥,水泥的性能:,水泥具有水硬性。,水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。,水泥、沙子和碎石的混合物。,混凝土:,水泥砂浆:,2、玻璃:,生产过程:,纯碱、石灰石和石英。,玻璃的生产原料:,普通玻璃的成分:,Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。 或Na2OCaO6SiO2;,玻璃是混合物,无固定的熔沸点, 在一定温度范围内软化。,玻璃的性能:,3、陶瓷:,陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点,因此,陶瓷制品一直为人们所喜爱。,家用陶瓷,江西宜兴,G63 有陶
11、都之称。,隋代烧制的三彩陶骆驼,江西景德镇所烧制的瓷器,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,高温结构陶瓷、压电陶瓷,透明陶瓷、超导陶瓷等,新型无机非金属材料:,1、新型无机非金属材料的特征:,(1)耐高温、强度高;,(2)具有电学性质;,(3)具有光学性质;,(4)具有生物功能;,2、结构材料高温结构陶瓷:,(1)氧化铝陶瓷(人造刚玉):,1.下列物质中属于纯净物的是( )A.Na2CO310H2O B.水泥 C.纯净的盐酸 D.普通玻璃 G65,3.下列物质有固定熔点的是( )A.水泥 B.玻璃 C.Na2OSiO2 D.水玻璃,2.下列叙述正确的是( )A.酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同,A,BD,C,课堂练习,