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1、,无机非金属材料的主角- 硅,硅和二氧化硅,制作人：罗显坤 班 级 ：10级化学师范（2）班 学 号 ：20100519,1,学校课堂,硅谷:,思考: 提及到“硅”,你能联想到哪些?,美国新兴的高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端.,半导体:,单晶硅是半导体器材的核心材料,硅半导体是集成电路的主要材料,估计在21世纪,硅仍然会占半导体材料的95%以上.,2,学校课堂,1.存在,以化合态的形式存在，硅的氧化物及其硅酸盐构成了地壳的绝大部分（岩石、沙子和土壤），占地壳质量的90%以上， “统治了地壳”,地壳含量排名,O,Si,Al,Fe,3,学
2、校课堂,2.结构,3.物理性质,晶体硅是灰黑色、有金属光泽、熔点、沸点都很高，硬度大的固体。,良好的半导体材料,4,学校课堂, 请同学们找出硅在元素周期表的位置？,硅位于金属与非金属的过渡位置。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,5,学校课堂,写出硅的原子结构：,3、化学性质,硅是第三周期第A族元素，是构成岩石和许多矿物的基本元素,硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物.,6,学校课堂,（1）常温下性质稳定,在常温下，硅的 化学性质不活泼 只与氟气、氢氟 酸和强碱反应 不与氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应, Si+2F2=SiF4, Si+4HF=Si
3、F4+2H2, Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,7,学校课堂,(2)加热时：与某些非金属反应,Si+4HNO3 = SiO2+4NO2+2H2O,8,学校课堂,远古时期，人类就懂得怎样应用硅的氧化物和硅酸盐来做玻璃、陶瓷等。但是硅的单质直到18世纪上半叶才被化学家制备出来。为什么硅单质这么晚才出现在人类生活？,硅单质的问世,硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧化合的。所以在氧化氛围的地球上，硅以熔点高的氧化物和硅酸盐的形式存在。,9,学校课堂,硅单质的制备,硅单质的制备主要原材料二氧化硅（水晶、石英以及沙石的主要成分）。,10,学校课堂,硅单质的制备,工业上制备：,SiO2
4、 粗硅 SiCl4 Si,+C +Cl2 精馏+H2,高温,高温,高温,SiO2+2C = 2CO+Si (含杂质的粗硅) Si+2Cl2 = SiCl4 生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2还原 SiCl4+2H2=4HCl+Si (纯度高的多晶硅),高温,高温,高温,11,学校课堂,制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。 半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命.,（4）硅的用途,12,学校课堂,计算机芯片,13,学校课堂,硅太阳能电池,单晶硅电池,14,学校课堂,太阳能汽车,15,学校课堂,二、二氧化硅（硅是亲
5、氧元素）,（1）SiO2存在,16,学校课堂,17,学校课堂,返回,玛瑙,18,学校课堂,（2）晶体结构,19,学校课堂,结构决定性质,金刚石,硅晶体,20,学校课堂,SiO2,稳定性好，不活泼,21,学校课堂,用途、物理性质比较,无色透明晶体或白色粉末,高（1723）,高（2230）,大,制备光纤、石英钟表、光学仪器、普通玻璃、装饰品等,22,学校课堂,二氧化硅的化学性质,（1）SiO2是H2SiO3的酸酐，具有酸性氧化物的通性,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,（2）特性,SiO2+4HF =SiF4+2H2O,不活泼,23,学校课堂,(1)装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞不能用
6、磨砂玻璃塞。为什么?,SiO2+2NaOH = Na2SiO3 +H2O,想一想,因为NaOH溶液会跟磨砂玻璃塞中的SiO2反应，生成的硅酸钠会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起。,(2)用氢氟酸来雕刻玻璃，不能用玻璃仪器盛装氢氟酸。为什么?,24,学校课堂,(2)用氢氟酸来雕刻玻璃，不能用玻璃仪器盛装氢氟酸。为什么?,SiO2+4HF =SiF4+2H2O,因为氢氟酸会跟玻璃中的SiO2反应，生成四氟化硅。,25,学校课堂,在玻璃表面涂上一层石蜡,雕刻玻璃 （1）,26,学校课堂,在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸,雕刻玻璃 （2）,27,学校课堂,洗掉酸并去掉石蜡,雕刻玻璃 （3）,28,
7、学校课堂,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+H2O=H2CO3,不反应,只与HF反应 SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O,酸性氧化物,酸性氧化物,（3）化学性质比较,不反应,29,学校课堂,二氧化硅化学性质,1、化学稳定性：稳定性好，除氢氟酸外一般不与其它酸反应。 2、属酸性氧化物，可与强碱反应、 碱性氧化物反应。,30,学校课堂,光学纤维胃镜,（4）二氧化硅的用途,31,学校课堂,一、硅酸(H2SiO3),H2SiO3是SiO2的对应水化物（ SiO2 是H2SiO3的酸酐）。它不溶于水，是一种白色粉末状的固体。,思
8、考：二氧化硅难溶于水，那么，如何制得硅酸呢？,32,学校课堂,实验探究：向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 (胶体)+2NaCl,滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生,a、Na2SiO3溶液呈碱性，b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸，c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶。,1. H2SiO3的制法,33,学校课堂,知识拓展：,把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？,滴入硫酸有硅酸凝胶产生,硅酸难溶于水,Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 (胶体) +Na2SO4,
9、34,学校课堂,活动探究：,已知硅酸是一种弱酸，请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，探索对比硅酸和碳酸的酸性强弱。,35,学校课堂,方法一:,方法二:,把CO2通入Na2SiO3溶液中， 观察发生的现象,36,学校课堂,小结： 2. 硅酸的性质,(1) 硅酸是一种弱酸，酸性比H2CO3弱，不能使指示剂变色。,Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3,SiO32- + 2H+ = H2SiO3,Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3,SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3,不溶、不稳定、弱酸,
10、37,学校课堂,（2）酸性太弱，只能与强碱发生中和反应 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O,（3）不稳定（比H2CO3稳定），受热易分解,38,学校课堂,CO2通入下例各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ） A、氯化钙溶液 B、石灰水 C、饱和碳酸钠溶液 D、硅酸钠溶液,A,讨论:,39,学校课堂,3.硅酸与硅胶,阅读P76,硅胶 是H2SiO3浓溶液硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,变色硅胶,是将硅酸凝胶用CoCl2溶液浸泡，然后经干燥活化后制得的。(吸水前为淡蓝色,吸水后为粉红色),40,学校课堂,硅胶干燥剂,硅胶常用作食品、药品的干燥剂，也常用作催化剂的载
11、体,41,学校课堂,硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般不溶于水，化学性质很稳定。,1、硅酸钠（Na2SiO3）,二、硅酸盐,42,学校课堂,物理性质：白色晶体，能溶于水，是少数可溶 性硅酸盐之一, 它的水溶液俗称水玻璃、泡花碱。,Na2SiO3有何 化学特性？,43,学校课堂,实验4-2,着火,不着火,木材、纸张等易燃物品，用饱 和Na2SiO3溶液浸泡后不易着火。,44,学校课堂,硅酸钠的特性及用途：,水玻璃是无色粘稠液体，是一种矿物胶。 1.它可以用于制备硅胶; 2.建筑工业上可用作粘合剂; 3.用作耐火材料。,45,学校课堂,思考：三硅酸镁被用来治
12、疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物的形式为： ，它中和胃酸（HCl）的方程式： 。,2MgO3SiO2nH2O,2MgO3SiO2nH2O + 4HCl = 2MgCl2 + 2H2O +3SiO2 + nH2O,阅读P77 资料卡片,活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水,46,学校课堂,作业,1.阅读“传统硅酸盐工业”的内容，了解制造“陶瓷、玻璃、水泥”主要原料、主要设备、反应条件、主要成分 2 .阅读“新型无机非金属材料”的相关知识介绍，了解现代科技对人类生活生产的意义。 3.课本P80-81，1、2、3、7 4.作业本上完成P81 第11题,47,学校课堂,
