高中化学必修一硅公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

LOGOLOGO第四章非金属及其化合物第1页第1页LOGOLOGO第一节无机非金属材料主角第一节无机非金属材料主角 硅硅你知道美国硅谷吗？你知道美国硅谷吗？Silicon vally第2页第2页LOGOLOGOSi元素在地壳中含量排在第几位？元素在地壳中含量排在第几位？第3页第3页LOGOLOGO在地壳中硅含量为在地壳中硅含量为26.3%26.3%，仅次于，仅次于氧氧。硅氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分硅氧化物及硅酸盐够成了地壳大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量岩石、沙子和土壤，约占地壳质量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，硅一直饰演中主要角色直饰演中主要角色第4页第4页LOGOLOGO第5页第5页LOGOLOGO碳及其主要化合物碳及其主要化合物第6页第6页LOGOLOGO碳碳 单单 质质1、碳、碳同素异形体同素异形体结构结构金刚石金刚石石墨石墨C60第7页第7页LOGOLOGO10928 金刚石是一个含有金刚石是一个含有空间网状结构晶体空间网状结构晶体，在晶体中，每个碳原都被，在晶体中，每个碳原都被相邻相邻4 4个碳原子包围，处于个碳原子包围，处于4 4个碳原子个碳原子中心中心，以共价键与，以共价键与4 4个碳原子结个碳原子结合。成为合。成为正四周体结构正四周体结构，这些正四周体向空间发展，构成彼此联结，这些正四周体向空间发展，构成彼此联结立立体网状结构体网状结构。金刚石熔点（。金刚石熔点（35503550）和沸点（和沸点（48274827）都很高都很高,硬硬度度很大。很大。金刚石金刚石第8页第8页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，因此石墨很软。熔沸点高第9页第9页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高温高温C+CO2=2CO高温高温第10页第10页LOGOLOGO碳化合物第11页第11页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(用点燃办法除用点燃办法除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、用气囊搜集、用气囊搜集4、检查检查：灼热氧化铜、澄清石灰水灼热氧化铜、澄清石灰水第12页第12页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+Na2CO3第13页第13页LOGOLOGO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-第14页第14页LOGOLOGO（3）制法）制法 工业制法工业制法 CaCO3 CaO+CO2 试验室制法试验室制法 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2（4）检查：检查：澄清石灰水澄清石灰水高温第15页第15页LOGOLOGO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？我们很熟悉哪种元素最外层电子数与它相同？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主要元素主要元素硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许多矿物主要元素多矿物主要元素Si在自然界中没有游离态形式存在第16页第16页LOGOLOGO二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在于二氧化硅广泛存在于自然界中，与其它矿物共自然界中，与其它矿物共同构成了岩石。是一个坚同构成了岩石。是一个坚硬难熔固体硬难熔固体。硅石硅矿山第17页第17页LOGOLOGO（1 1）存在形式：）存在形式：一、二氧化硅一、二氧化硅 SiO2地球上存在天然二氧化硅约占地壳质量，其存在形态有 和 12结晶型无定形第18页第18页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:天然天然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第19页第19页LOGOLOGO水晶水晶晶体二氧化硅晶体二氧化硅第20页第20页LOGOLOGO玛玛 瑙瑙玛瑙玛瑙第21页第21页LOGOLOGO坚硬难熔固体，坚硬难熔固体，熔沸点比较高，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.物理性质物理性质第22页第22页LOGOLOGO二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2n化学式n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构成子及其构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 性性第23页第23页LOGOLOGO活动与探究n 为何二氧化硅和二氧化碳物理性质有这样大差别？是结构上不同第24页第24页LOGOLOGOSiO3.3.结构结构.SiO2原子晶体原子晶体第25页第25页LOGOLOGOSiOSiO2是正四周体空间网状结构，是正四周体空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 第26页第26页LOGOLOGO第27页第27页LOGOLOGO试验室盛装试验室盛装NaOH溶液试剂瓶用橡皮溶液试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为何吗？塞而不用玻璃塞，你知道为何吗？第28页第28页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酸）其反应酸）4HF+SiO4HF+SiO2 2=SiF=SiF4 4+2H+2H2 2O O玻璃中含有SiO2，因此能够用，因此能够用HF来刻蚀玻璃来刻蚀玻璃SiO2 不溶于水，不与水反应第29页第29页LOGOLOGOSiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2高温（b)b)酸性氧化物酸性氧化物特性：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与与一些盐一些盐反应：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，但不是两性氧化物注意：第30页第30页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=2CO第31页第31页LOGOLOGO练习练习下列几种物质其主要成份不是二氧化硅是下列几种物质其主要成份不是二氧化硅是（）红宝石红宝石 玛瑙玛瑙 钻石钻石 石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 第32页第32页LOGOLOGO5 5、用途、用途由于由于SiOSiO2 2含有优良物理化学性能加上含有优良物理化学性能加上SiOSiO2 2在自然界广在自然界广泛存在，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。第33页第33页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第34页第34页LOGOLOGO石英制品第35页第35页LOGOLOGO用用光导纤维光导纤维做做无开刀手术无开刀手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第36页第36页LOGOLOGO水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙第37页第37页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、能传导光信号玻璃丝。光导纤维就是比头发丝还细、能传导光信号玻璃丝。制造光导纤维材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于制造光导纤维材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯长处就是通信容量大，通讯、传感、测量等，光纤通讯长处就是通信容量大，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。第38页第38页LOGOLOGO 现象现象 结论结论 反应式反应式 76试验试验观测现观测现观测现观测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+2NaCl二.硅酸(H2SiO3)制备制备:可溶性硅酸盐可溶性硅酸盐（如（如Na2SiO3）与酸反应与酸反应第39页第39页LOGOLOGO2 2、用、用H H2 2COCO3 3也可制得也可制得H H2 2SiOSiO3 3 ，可证实，可证实H H2 2SiOSiO3 3 酸性酸性比比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、制备办法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 3+2HCl=H+2HCl=H2 2SiOSiO3 3（胶体）（胶体）（胶体）（胶体）+2NaCl+2NaClSiO32-+2H+=H2SiO3（胶体）（胶体）第40页第40页LOGOLOGO硅酸是一个硅酸是一个白色粉末状固体白色粉末状固体，它溶解度它溶解度小；是一个弱酸，不能使批示剂变色小；是一个弱酸，不能使批示剂变色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硅酸得到多孔硅酸干凝胶，称为干凝胶，称为“硅胶硅胶”。第41页第41页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），受热易分解 H2SiO3 =H2O+SiO2H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O第42页第42页LOGOLOGO三、硅酸盐1.含义含义：硅酸盐是由硅、氧和金硅酸盐是由硅、氧和金属元素构成化合物总称属元素构成化合物总称 硅酸盐结构复杂固态化合物，硅酸盐结构复杂固态化合物，普通都不溶于水。普通都不溶于水。第43页第43页LOGOLOGO 最简朴硅酸盐是硅酸钠最简朴硅酸盐是硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3），俗称），俗称泡花碱；泡花碱；其其水溶液俗称为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蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧水份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蒸发后，水份蒸发后，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 试验试验4-22、硅酸钠 Na2SiO3第44页第44页LOGOLOGO花岗岩第45页第45页LOGOLOGO长长石石第46页第46页LOGOLOGO云母石第47页第47页LOGOLOGO滑滑石石第48页第48页LOGOLOGO石石棉棉第49页第49页LOGOLOGO高岭土高岭土第50页第50页LOGOLOGO粘土粘土第51页第51页LOGOLOGO3 3 硅酸盐表示办法硅酸盐表示办法用用氧化物氧化物形式表示形式表示 氧化物顺序：氧化物顺序：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第52页第52页LOGOLOGO用氧化物形式表示硅酸盐构成 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 SiO2第53页第53页LOGOLOGO练习：练习：如何用氧化物形式表示下列硅酸盐如何用氧化物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 3SiO23H2O第54页第54页LOGOLOGO无机无机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、硅酸盐工业第55页第55页LOGOLOGO陶瓷原料：条件：黏土黏土高温烧结高温烧结第56页第56页LOGOLOGO景德镇陶瓷第57页第57页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温熔融玻璃窑玻璃窑第58页第58页LOGOLOGO玻璃玻璃第59页第59页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金属氧化物普通玻璃加热靠近熔熔化化再急速冷却急速冷却第60页第60页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)第61页第61页LOGOLOGO水泥水泥第62页第62页LOGOLOGO第63页第63页LOGOLOGO其它主要硅化物nSiCn硅钢硅钢（4硅）n硅橡胶硅橡胶（金刚砂）第64页第64页LOGOLOGO老式无机非金属材料：老式无机非金属材料：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、超导陶瓷等第65页第65页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硅，只有化合态自然界中没有游离态硅，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。是构成矿物和岩石基本元素。氧。是构成矿物和岩石基本元素。第66页第66页LOGOLOGO3.3.物理性质物理性质单质硅有晶体和无定形体，晶体硅结构单质硅有晶体和无定形体，晶体硅结构与金刚石类似，与金刚石类似，灰黑色、有金属光泽、灰黑色、有金属光泽、硬而脆固体。硬而脆固体。熔沸点高，硬度大，熔沸点高，硬度大，难溶难溶于水。于水。硅晶体导电性介于导体和绝缘体之间，硅晶体导电性介于导体和绝缘体之间，是一个主要是一个主要半导体半导体材料。材料。第67页第67页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+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO24、化学性质：常温下反应加热条件第68页第68页LOGOLOGO5 5、硅制备：、硅制备：反应方程式：反应方程式：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办法可制得办法可制得含有少许杂质粗硅。含有少许杂质粗硅。制高纯度硅（精硅）办法：制高纯度硅（精硅）办法：（1 1）用氯气提取粗硅中硅）用氯气提取粗硅中硅（2 2）用氢气还原四氯化硅得高纯度硅）用氢气还原四氯化硅得高纯度硅SiCl4 +2 H2=Si +4 HCl高温Si+2Cl2=SiCl4高温（常温下呈液态）第69页第69页LOGOLOGO6.6.用途用途 晶体硅导电性介于导体和绝晶体硅导电性介于导体和绝缘体之间缘体之间,是良好是良好半导体材料半导体材料,硅是信息技术硅是信息技术关键材料关键材料利用硅半导体性能，利用硅半导体性能，制成光电池制成光电池 ，将光能，将光能转化为电能。转化为电能。硅太阳能电池硅太阳能电池硅太阳能电池硅太阳能电池第70页第70页LOGOLOGO硅用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅硅用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还能够制太阳能电池，制铝合整流器等半导体器件，还能够制太阳能电池，制铝合金、铁合金等各种合金。金、铁合金等各种合金。硅硅芯芯片片第71页第71页LOGOLOGO太阳能电池太阳能电池电脑中央处理器（电脑中央处理器（电脑中央处理器（电脑中央处理器（CPUCPUCPUCPU）大规模集成电路第72页第72页LOGOLOGO 在在美美国国旧旧金金山山，有有个个最最大大高高科科技技工工业业园园区区，称称之之为为“硅硅谷谷”，它它是是当当代代电电子子工工业业和和计计算算机机发发展展基基地地。这这阐阐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主主要要作作用用。以以硅硅为为基基础础而制成晶体管是计算机心脏。而制成晶体管是计算机心脏。硅在硅在电子工业电子工业中主要作用中主要作用第73页第73页LOGOLOGO1、要除去SiO2中混有少许CaO杂质，最适宜试剂是 （）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是（）A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.HF氢氟酸 D.碳酸钠溶液C第74页第74页LOGOLOGO4 4、为确认、为确认HClHCl、H H2 2COCO3 3、H H2 2SiOSiO3 3酸性强弱，有些人设计酸性强弱，有些人设计用如右图装置，一次试验即可达到目的（不必再选取其它用如右图装置，一次试验即可达到目的（不必再选取其它酸性溶液）。请依据此试验填空：酸性溶液）。请依据此试验填空：（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所盛试剂作所盛试剂作用是用是_。（3 3）装置）装置C C所盛试剂是所盛试剂是_，出现现象是，出现现象是_。盐酸盐酸 饱和饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液 除除COCO2 2中含有中含有HClHCl NaNa2 2SiOSiO3 3溶液溶液 产生白色凝胶产生白色凝胶 第75页第75页LOGOLOGO第76页第76页LOGOLOGO第77页第77页