第四章 非金属及其化合物 第1讲碳、硅及非金属材料 第2课时 -2025年高中化学一轮复习课件

第四章 非金属及其重要化合物 第一讲 碳、硅及无机非金属材料 第二课时 1 目录 CONTENTS 硅单质 01 硅的氧化物 02 2 硅单质 3 1.硅的存在 一、硅单质 ①硅在地壳中含量第二，因有亲氧性，所以仅有化合态。 ②硅是构成岩石和矿物的主要成分。 (主要以SiO2和硅酸盐形式存在) ③单质Si：有晶体硅和无定形硅两大类 4 2.硅的物理性质 一、硅单质 Si原子 带有金属光泽，硬而脆的灰黑色固体,熔点高，硬度大，结构类似金刚石 5 3.硅的化学性质 一、硅单质 Si + 2F2 = SiF4 Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑ Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3 + 2H2↑ 硅: 常温下，很稳定。高温时，一般表现还原性。 常温下，能与F2、氢氟酸(HF)、强碱溶液反应 6 一、硅单质 Si + O2 == SiO2 Si + 2Cl2 == SiCl4(常温下为液体) Si + C == SiC（金刚砂） +4-4 (将Si粉碎, 在O2中燃烧) →共价晶体 3.硅的化学性质 加热时, 能与O2、Cl2、C等反应 7 一、硅单质 4.高纯硅的制备 工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。 8 一、硅单质 4.高纯硅的制备 SiO2+2C ========= Si+2CO↑ 1800~2000 ℃ Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑ 300 ℃ SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl 1100 ℃ 9 一、硅单质 5.硅的用途 制铝合金、铁合金等多种合金 良好的半导体材料 太阳能电池 计算机芯片 10 二氧化硅 11 二、二氧化硅 水晶、石英、玛瑙、沙子、硅石、硅藻土、脉石等主要成分都是SiO2 1.SiO2的存在 12 二、二氧化硅 SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α-SiO2)。 低温石英晶体的空间结构模型 其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构。 这一结构决定了它具有手性， 被广泛用作压电材料，如石英手表。 2.SiO2的存在 13 二、二氧化硅 3.SiO2的结构 14 二、二氧化硅 3.SiO2的结构 ③ 在SiO2 晶体中，最小环为 元环。 2 1：2 4 4 2 12 ① 在SiO2晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合；每个氧原子与 个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 . ②在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键； 15 二、二氧化硅 ④每个十二元环中平均含有硅原子 1：4 1：2 =6×1/12=1/2 硅原子个数与Si－O 共价键个数之是 ； 氧原子个数与Si－O 共价键个数之比是 。 每个十二元环中平均含有Si－O键 =12×1/6=2 ⑤60g 二氧化硅含有_____个Si原子 含有_____个O原子 含有_____ 个Si-O键 NA 2NA 4NA 3.SiO2的结构 16 二、二氧化硅 4.SiO2的化学性质 与碱性氧化物化合：　　　　　　　 与碱反应： SiO2+Na2O===Na2SiO3 高温 SiO2+CaO === CaSiO3 高温 与盐反应： SiO2＋Na2CO3===Na2SiO3＋CO2↑ 高温 SiO2＋CaCO3===CaSiO3＋CO2↑ 高温 SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O 制备普通玻璃 酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应 17 二、二氧化硅 4.SiO2的化学性质 （氢氟酸用于雕刻玻璃） SiO2 + 2C === Si + 2CO↑ 高温 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 弱氧化性： 特殊性：与HF反应： 18 二、二氧化硅 (1)不能依据反应2C＋SiO2==== Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强， 也不能依据反应SiO2＋Na2CO3====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。 高温 高温 (3)SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。 (2)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。 微提醒 19 二、二氧化硅 5.SiO2的用途 （1）建筑材料 （2）制作首饰与工艺品（水晶、玛瑙） （3）制作光学仪器（石英玻璃、石英坩埚） （4）制造光导纤维 20 二、二氧化硅 5.硅酸 （1）制备：硅酸盐 + 酸 无色透明溶胶 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(胶体)+Na2CO3 硅酸在水中易聚合形成胶体 H2SiO3 硅酸凝胶 硅酸干凝胶 “硅胶” 逐渐聚合 干燥脱水 硅胶多孔，吸附水份能力强， 常用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 →→ 硅胶 21 二、二氧化硅 5.硅酸 （2）硅酸的化学性质 ②不稳定(比H2CO3稳定)，受热易分解 ∆ H2SiO3 == H2O + SiO2 ①弱酸性 H2SiO3 + 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊溶液变红色。 硅酸 H2SiO3 原硅酸: H4SiO4 H4SiO4 = H2SiO3＋H2O 22 无机非金属材料 23 三、无机非金属材料 (1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。 (2)碳纳米材料:富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 (3)特殊功能的含硅材料 材料 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 :铜、铁、铝等及各种合金。 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 :水泥、玻璃、陶瓷 [光导纤维(SiO2)] 天然高分子： 合成高分子： 淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等 塑料、合成纤维、合成橡胶、粘合剂、涂料等 24 三、无机非金属材料 ①主要原料： ②主要设备： （1）水泥 ④反应原理： ⑤主要成分： ⑥特性： 石灰石，黏土，辅料(石膏CaSO4•2H2O)等 水泥回转窑 ③生产过程： 硅酸三钙(3CaO•SiO2) 硅酸二钙(2CaO•SiO2) 铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等 复杂的物理的、化学的变化 原料 研磨混合 煅烧 (回转窑) 成品 加入石膏 生料 熟料 水泥具有水硬性 调节水泥的硬化速度 ⑦主要用途: 建筑、修路。如:水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土。 1.传统无机非金属材料 25 三、无机非金属材料 1.传统无机非金属材料 ①主要原料： ②主要设备： ④反应原理： ⑤普通玻璃的成分： ⑥主要特性： 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 玻璃窑 ③生产过程： 原料粉碎，玻璃窑中强热，成型冷却 Na2CO3+SiO2====Na2SiO3 + CO2↑ 高温 CaCO3+ SiO2====CaSiO3 + CO2↑ 高温 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2玻璃态物质 没有固定的熔点，可在一定温度范围内软化 化性：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀 [或者Na2O·CaO·6SiO2] （2）玻璃 26 三、无机非金属材料 ①主要原料： ②传统制作过程： 了解：陶都→ 江苏宜兴市 江西景德镇 黏土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O,铝硅酸盐) （3）陶瓷 ③反应原理： ④主要成分： ⑤主要特性： (china) 陶瓷的种类很多，主要分为土器、陶器、炻器、瓷器。 瓷都→ 复杂的物理、化学变化 硅酸盐 1.传统无机非金属材料 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型 27 三、无机非金属材料   水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 主要设备 产品成分 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3) Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 玻璃态物质 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 常见硅酸盐材料比较 28 三、无机非金属材料 (1)新型陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。 (2)碳纳米材料 ①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 ②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 (3)特殊功能的含硅材料 ①碳化硅SiC共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。 ②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 ③光导纤维(SiO2) 2.新型无机非金属材料 29 $$