高中化学 4.1《无机非金属材料的主角-硅》课件 新人教版必修1

Na—1/2H2 23 1/2×22.4 11.5 X Si—2H2 28 2×22.4 4.2 Y X＝ 1 2 ×22.4×11.5 ＝5.6L 23
Y=(4.2 ×2 ×22.4)/28=6.72(L) VH2=5.6+6.72=12.32(L)
相应练习2
在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热， 也可得到粗硅，反 应的化学方程式为 高温 SiO2+2Mg==2MgO+Si 这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化 镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去， 有关反应的化学方程式为 Mg+2HCl==MgCl2+H2 MgO+2HCl==MgCl2+H2O
常温下，硅的化学性质不活泼， 除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其 他物质如：氧气、氯气、硫酸等 起反应，但在加热情况下，硅也 能跟一些非金属反应。
1、与氟气反应： Si+2F2==SiF4 2、与氢氟酸反应： Si+4HF==SiF4+2H2 3、与强碱溶液反应： Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 4、与氯气反应： Si+2Cl2==SiCl4 5、与氧气反应 Si+O2==SiO2
非金属材料能发出各色的光， 有的能透过可见光，有的能使 红外线、雷达射线穿过。
处 于 高 温 下 的 光 导 纤 维
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破对 手火力网，压制对手防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要 地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料
所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶， 硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸 凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为 “硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验 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。 实验4－1
二、硅酸盐
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在 自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物， 一般都不溶于水，化学性质很稳定。 最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其 水溶液称为水玻璃，可以作肥皂填料、木材防火剂及 黏胶剂等。 实验4－2 几种硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥，最重要 的无机非金属材料。 新型的陶瓷
二氧化硅是光导纤维 的主要原料，光导纤 维可用作通讯材料和 制造医用内窥镜等
作业：习题1、4
SiO2的结构
晶 体 二 氧 化 硅 无 定 形 二 氧 化 硅
水晶
玛 瑙
硅藻土
中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区) 有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有 354处，总保有储量矿石3.85亿吨。 仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%， 云南、福建、河北等地次之。矿床类型 主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、 山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和 陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻 土矿等)矿床。成矿时代集中在第三纪 和第四纪，以第三纪为主。
强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较 好的适应性，可直接植入人体内，用这类材 料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在 医疗上。
人 造 关 节
（2）硅酸盐组成的表示
用二氧化硅和金属氧化物的形式表示 其组成。
实
例
Na2SiO3 Na2O•SiO2
高岭石 Al2（Si2O5）（OH）4
Al2O3 · 2· 2O 2SiO 2H
化学①必修
第一节 无机非金属材料 的主角—硅
问题

自然界中的岩石、沙子、土壤是由 什么构成？
你还知道 哪在
元素周期表
第ⅣA族的二兄弟碳和硅—豪门二杰
碳元素
形成了无数种构成人类和其它地球 生物等的有机物，“统治了有机 界”。 煤、石油等有机化产品和材料是现 代化的基石
硅元素
地壳质量的约90%，构成了地壳 大部分岩石、沙子和土壤， “统治了地壳”
硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、 水泥等使人类生活日新月异
一、二氧化硅和硅酸
硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。 所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的 氧化物及硅酸盐的形式存在。
1、二氧化硅（SiO2）
SiO2是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳 质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
二氧化硅的用途
光 学 纤 维 胃 镜
二氧化硅的用途
（1）物理性质：
坚硬难熔的固体，熔沸点比较高， 不溶于水，硬度比较大。
（2）化学性质：
唯一能跟其反应的酸） 4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O （b）酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。
与强碱反应： 2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应： SiO2+CaO===CaSiO3
三、新型无机非金属材料的特性
1.能承受高温、强度高。
例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下， 仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶 片、轴承、永久性模具等。
2.具有电学特性，一些新型无机非金属
材料可以作为半导体、导体、超导体等， 一些绝缘性材料常被用于集成电路的基 板。
3.具有光学特性。有些新型无机
Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4
归纳 总结
无游离态
硅元素
只有化合态
常温不活泼 Si + F2 Si + HF Si + NaOH
HF
单质硅
O2 C 高温
SiO2
硅酸盐
Na2SiO3、 CaSiO3
加热能与某 些非金属单 质反应（O2、 Cl2） 硅可制造集成路、 太阳能电池等；硅 合金可用来制造变 压器铁芯、耐酸设 备等。
高温
高温
Si+2Cl2 == SiCl4
生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2 还原
高温
SiCl4+2H2==4HCl+Si(纯度高的多晶硅)
相应练习1
已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为： Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2
现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下 可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过 量的） 解：
高温
（a）常温与氢氟酸（SiO2很不活泼，HF是
(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、 KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。)
2.硅酸（H2SiO3）
是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱 思考：1.二氧化硅不溶于水，不跟水反应， 如何从二氧化硅来制备H2SiO3 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3
存在
在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如： 硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。
用途
集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以 制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。
集成电路
晶体管
制备
工业上： SiO2 +C 粗硅 SiCl4 高温 高温 +Cl2 精馏+H2 高温 Si
Si+2C == 2CO+Si(含杂质的粗硅)
要领：两边原子个数守恒
格式：金属氧化物、二氧化硅、水
顺序：金属按活动顺序表
K(Al3Si3O10)(OH)2 K2O· 2O3· 3Al 6SiO2· 2O 2H
三、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体
1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体 2、熔、沸点高、硬度大 3、晶体硅是良好的半导体