5.3无机非金属材料的主角 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

无机非金属材料的主角－硅 一、硅元素与硅单质 1．存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，占26.3%。 自然界中它容易与氧化合，是一种亲氧元素。自然界中仅以 存在。主要存在于熔点很高的氧化物和硅酸盐中。 2．结构：类似金刚石(正四面体形空间网状) 3．物理性质：晶体硅是带有 的灰黑色固体，熔点 、硬度 、有脆性，单质硅的导电性介于 和 之间，是良好的半导体材料。 金属光泽 高 大 导体 绝缘体 化合态 4．化学性质： (1)常温下，化学性质很稳定（不活泼）。不与硝酸、硫酸等物质反应,但可与强碱（NaOH溶液）、F2、HF反应。 ①Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑ ②Si + 2F2 = SiF4 ③Si + 4HF = SiF4↑+2H2↑ ⑵加热或高温。 Si + O2 === SiO2 加热 Si + 2Cl2 === SiCl4 高温 6、用途： (1)良好的半导体材料 (2)太阳能电池 (3)计算机芯片 5、Si的制备 ①工业上制粗硅：SiO2 + 2C == Si （粗）+ 2CO↑ 高温 ②粗硅制纯硅：Si（粗）+ 3HCl == SiHCl3+H2 SiHCl3+H2 == Si（纯）+ 3HCl 300oC 1100oC 【基础题一】硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( ) A．陶瓷餐具 B．石英钟表 C．计算机芯片 D．光导纤维 C 硅 SiO2 硅酸 水泥 玻璃 硅酸盐　 小结 新型 小结 二、二氧化硅 沙子 1、物理性质:(沙子、石英) 不溶于水，熔点高、硬度大(水晶、石英是二氧化硅晶体) 2、结构 （1）二氧化硅是共价晶体，由硅原子和氧原子构成 （2）硅和氧原子个数比为1∶2 （3）二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键 的比为1:4，即1mol SiO2晶体中约含4NA个Si—O共价键 3、 SiO2化学性质 （1）酸性氧化物:是硅酸的酸酐，难溶于水 ①SiO2与NaOH溶液反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 玻璃瓶塞会跟NaOH等碱性溶液反应 （3）特性：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(腐蚀玻璃)。 ②SiO2与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO === CaSiO3 高温 ③SiO2与某些盐反应： CaCO3＋SiO2 ===CaSiO3＋ CO2↑ 高温 Na2CO3＋SiO2 === Na2SiO3＋ CO2↑ 高温 （2）弱氧化性：2C＋SiO2 === 2CO↑＋Si(制取粗硅) 高温 所以HF用塑料瓶盛放 二氧化硅(SiO2） 二氧化碳(CO2) 物理性质 固体，熔沸点高、硬度大，不溶于水 气体，熔沸点低，硬度小，溶于水 与水反应 不反应 CO2 + H2O = H2CO3 与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO == CaSiO3 CO2 + CaO = CaCO3 与碱反应 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O CO2 + 2NaOH =Na2CO3+ H2O 与酸反应 SiO2+ 4HF = SiF4↑+ 2H2O 不反应 与碳反应 SiO2 + 2C == Si + 2CO↑ CO2 + C == 2CO 高温 高温 高温 思考： 某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物。是否正确? 不正确，SiO2虽然能与氢氟酸反应，但产物SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物 4、二氧化硅的用途： ①SiO2用于制备硅。 ②SiO2是制造光导纤维的主要原料。 ③SiO2用于制造各种玻璃制品。 ④SiO2常被用来制造石英表中的压电材料。 光导纤维、玻璃制品、装饰品 三、硅酸(H2SiO3)　：白色胶状沉淀 １、特性：不溶于水的极弱酸，HCl>H2CO3>H2SiO3 ，硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色 H2SiO3＝＝H2O+SiO2 加热 2、不稳定性 3、与碱溶液反应（如NaOH) H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O 4、硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂 硅酸的制备-----强酸制弱酸 （通过可溶性硅酸盐与其他较强酸反应制得） Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3 【考点释例1】指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。 ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　) ②SiO2＋Na2CO3 === Na2SiO3＋CO2↑(　　) ③SiO2＋2C Si＋2CO↑(　　) ④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　) A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B．弱氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来 C D B A === 高温 【基础题二】下列说法正确的是( ) A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应 B．根据反应SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强 C．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 D．晶体硅常被用来制造光导纤维 C === 高温 【思考】 ①SiO2不溶于水，如何由SiO2制取H2SiO3? 向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，有沉淀析出 ②设计一个实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？ 四、硅酸盐 1、定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 2、特点：结构复杂、大多不溶于水、化学性质稳定。 3、表示：金属氧化物和SiO2的组合形式 原则：金属氧化物(较活泼→不活泼)、SiO2、水 注：化学式前面系数不能是分数 硅酸钠：Na2SiO3 表示：Na2O·SiO2 镁橄榄石：Mg2SiO4 表示：2MgO·SiO2 练习： 高岭石：Al2Si2O5(OH)4 正长石：KAlSi3O8 表示：Al2O3·2SiO2·2H2O 表示：K2O·Al2O3·6SiO2 表示：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 钾云母：KH2Al3Si3O12 4、Na2SiO3(硅酸钠） (1)物理性质：白色固体、易溶于水、俗称泡花碱 水溶液俗称水玻璃 (2)化学性质：水溶液显碱性可与酸反应；不能燃烧。 用途： 粘结力强、耐高温 【思考】 硅酸钠的水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？ 久置的硅酸钠溶液会出现浑浊现象 5、黏土:主要成分属于硅酸盐，可用于制水泥和陶瓷 1．传统无机非金属材料 (1)玻璃 原料：纯碱(Na2CO3)，石灰石(CaCO3)和石英砂(SiO2) 设备：玻璃窑 原理：复杂的物理化学变化 CaCO3＋SiO2 === CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2 === Na2SiO3＋CO2↑ 成分：Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2（Na2O·CaO·6SiO2） 性质：硬而脆，受热软化，无固定熔点（玻璃态物质）耐酸腐蚀(HF除外)。 高温 高温 (2)水泥 原料：黏土和石灰石(CaCO3) 设备：水泥回转窑 原理：复杂的物理化学变化 成分：硅酸三钙(3CaO·SiO2)，硅酸二钙(2CaO·SiO2) 和铝酸三钙(3CaO·Al2O3)等。 特点：水硬性 (3)陶瓷 原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O ） 设备：陶瓷窑 原理：复杂的物理化学变化 性能：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型 2．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； 思考： 为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ 玻璃中的SiO2 与NaOH 反应生成有粘胶性的硅酸钠 1、下列说法不正确的是(　　) A．因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2与水反应产生的酸，或者说SiO2不是H2SiO3的酸酐 B．CO2也可以与HF反应 C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高，硬度大 D．氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸 AB 2、下列物质中不属于硅酸盐的是(　　) A．陶瓷 B．玻璃 C．水晶 D．水泥 3、关于硅及其化合物的叙述中，错误的是(　　) A．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 B．可以用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2＋2C=Si＋2CO↑ C．二氧化硅能与石灰石反应：SiO2＋CaCO3= CaSiO3＋CO2↑ D．硅是良好的半导体材料 高温 高温 A C $$