5.3.1 硅二氧化硅(1课时) 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 新型无机非金属材料 1．了解材料的分类。 2．了解硅、二氧化硅结构、性质及用途。 3．了解新型陶瓷、纳米材料的性能和用途，认识化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。 学习目标 1．通过研究硅和二氧化硅的结构与性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。 2．通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。培养学生的“科学态度与社会责任”的学科素养。 素养目标 素养导向的学习目标 硅谷（Silicon Valley），位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷（Santa Clara Valley）的别称。 是电子工业和计算机业的王国。 硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。 情境引入 硅在地壳中的含量 硅在地壳中的含量： 仅次于氧，排在第二位。 硅的存在 硅是亲氧元素，自然界中分布广泛，没有游离态，只有化合态(氧化物和硅酸盐)存在，其是构成矿物和岩石的基本元素。 钠沸石 硅孔雀石 蓝晶石 羟硅铜矿 水晶 钠沸石Na2[Al2Si3O10]·2H2O硅孔雀石(Cu ,Al)2H2Si2O5(OH)4·nH2O蓝晶石Al2[SIO4]O羟硅铜矿Cu5[Si03]4(OH)2水晶SiO2 5 处于金属与非金属的过渡位置 半导体材料 1. 硅 （1）硅元素的存在、结构、位置 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 只有化合态（氧化物和硅酸盐） 第三周期、第ⅣA族 硅的类型：分为晶体硅和不定型硅 晶 体 硅 不 定 型 硅 正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似 并非所有的原子都与其它原子严格地按照正四面体排列 (不稳定性) 1. 硅 （2）硅的物理性质 单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体,结构类似金刚石，熔沸点很高、硬度大 （1）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反应。 与氟气反应： Si+2F2 = SiF4 与氢氟酸反应： Si+4HF = SiF4↑+2H2↑ 与强碱溶液反应： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑ （2）加热条件下，硅也能和一些非金属反应。 Si+2Cl2 SiCl4 Si + O2 SiO2 高温 Si + C SiC 1. 硅 （3）硅的化学性质 良好的半导体材料可制成硅芯片和太阳能电池板 半导体发光二极管 思考:如何理解工业上的“从沙滩到用户”？怎么获得高纯硅呢？ SiO2＋2C Si＋2CO↑ 1. 硅 （4）用途 其中涉及的主要化学反应为 ①________________________________ ②_________________________ ③__________________________ 制备原理： 用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 能否通过该反应证明C、Si的还原性强弱？ 氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。 1. 硅 （5）硅的制备 从沙子到芯片的奇幻之旅 知识梳理 【例1】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　 【例2】我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　 ) A．晶体硅和金刚石的物理性质相似 B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应 C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵 D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电 A 13 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。 玛瑙 水晶 石英 结晶形 无定形 2. 二氧化硅 （1）存在 石英 水晶 玛瑙 沙子 （2）、SiO2的结构 空间构型：硅氧四面体（空间网状） 物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大 化学性质：化学稳定性好 ①1mol SiO2中含4mol Si-O键 ②SiO2不是分子式，SiO2是由原子组成的，没有SiO2分子 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示O与Si的原子个数比，不是分子式是化学式 （3）物理性质 光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是SiO2，碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？ 思考：SiO2具有酸性氧化物的通性，你能否说出CO2能与哪类物质发生反应？ CO2能与水反应，与碱反应，与碱性氧化物反应，SiO2能与这些物质反应吗？ a.酸性氧化物 ①与碱： SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O ②与碱性氧化物： SiO2 + CaO CaSiO3 ③与盐：工业制玻璃 3、SiO2的化学性质 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2不溶于水，也不和水反应 知识梳理 思考：为什么实验室盛放碱溶液的试剂瓶使用橡胶塞，而不用玻璃塞？ 因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，会使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。但此反应在成型的玻璃表面进行时很慢的，几乎不会影响瓶子本身。所以可以用玻璃瓶 SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O 用途：刻蚀玻璃 b.特性：与酸反应（只能与HF反应） 注意：盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶 3、SiO2既能与强碱反应，又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？ 4、应如何保存氢氟酸？能否装在玻璃瓶中？ 不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。 不能。HF能腐蚀玻璃，要用塑料瓶装，制取HF也不能用玻璃器皿。 2、加热熔融NaOH时，为什么不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚？ 陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。 加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ） A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚 C.铁坩埚 D.氧化铝坩埚 C 练一练： 解析： 陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。 4、二氧化硅的用途 光导纤维 石英坩埚 玻璃仪器 水晶、玛瑙饰品 还可以用于工业制粗硅： SiO2+2C Si+2CO↑ 高温 职业病——硅肺病(旧称矽肺) 在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病(旧称矽肺) 50分钟 二氧化硅 硅 知识梳理 3.新型陶瓷：高温陶瓷，压电陶瓷，透明陶瓷，超导陶瓷 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料还具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 其他新型非金属材料 富勒烯C60 石墨烯 碳纳米管 4.碳纳米材料：碳单质的同素异形体 在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景 25 1．硅是带来人类文明的重要元素之一，科学家也提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法中错误的是 A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路” C．陶瓷、玻璃、水泥容器均不能贮存氢氟酸 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 D 2．下列有关硅及其化合物的叙述错误的是 A．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 B．可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液 C．硅酸的酸性比碳酸的酸性弱，且硅酸不溶于水 D．Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，可用作防火材料 B 3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( 　 ) A．晶体硅和金刚石的物理性质相似 B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应 C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵 D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电 A 4.下列叙述正确的是(　　) A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物 B．因为Na2CO3＋SiO2 == Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D．CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似 C 5.下列关于硅酸的说法正确的是（　 ） A．硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得 B．可用反应Na2SiO3＋2HCl === 2NaCl＋H2SiO3↓制取 C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反 D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠 B 4. 宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。 下列相关叙述错误的是(　　) A．它耐高温、抗氧化　 B．它比钢铁轻,但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 【答案】B 【解析】由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。 随堂检测 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.76 $$