无机非金属材料的主角-硅.ppt

1、 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅科学视野科学视野 钛0.56%其他0.64%在地壳中硅的含量为在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧。硅，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐构成的氧化物及硅酸盐构成了地壳大部分的岩石、了地壳大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳沙子和土壤，约占地壳质量的质量的90%以上。在无以上。在无机非金属材料中，硅一机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色直扮演着主要角色。+142 8 4Si+62 4C一一.碳与硅单质碳与硅单质 1.结构与存在结构与存在化合态化合态游离态和化合态游离态和化合态2.物理性质：晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，导电性介于导体和绝

2、缘体之间 金刚石：熔点高、硬度大、不导电石墨：硬度小、导电常温下硅常温下硅单质的化学性的化学性质不活不活泼Si+O2=SiO2与非金属与非金属单质反反应：Si+C =SiCSi+2F2=SiF4 3.化学性化学性质：C+O2=CO2与氧化物反与氧化物反应C+H2O(g)=CO+H2高温高温C+2CuO=CO2+2Cu高温高温SiO2+2C=Si+2CO高温高温与酸反应：与酸反应：Si+4HF=SiF4+2H22H2SO4(浓)+C=CO2 +2H2O+2SO2 与与NaOH反应：反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2SiO2+2C=Si+2CO高温高温4.制取制取 粗硅的制取粗

3、硅的制取Si+2Cl2=SiCl4高温高温SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温纯硅的制取纯硅的制取核心考点分层突破-9 9-考向2硅的制备例2(2017海南中学月考)硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出反应的化学方程式:。教材教材p62核心考点分层突破-1010-(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时,查阅

4、资料得到下列信息:Mg在高温条件下可与SiO2反应;金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4;SiH4在空气中自燃。他们根据信息进行实验,当用足量稀硫酸溶解第步实验获得的固体产物时,发现有爆鸣声和火花出现;溶解后过滤、洗涤、干燥,最后称量、计算,测得其产率只有预期值的63%左右。第步实验发生反应的化学方程式是、。用稀硫酸溶解第步实验所得固体产物时,产生爆鸣声和出现火花的原因是(用化学方程式表示)、。核心考点分层突破-1111-(5)非金属单质与碱反应一般无氢气放出非金属单质与碱反应一般无氢气放出,但硅与强碱溶液作用却但硅与强碱溶液作用却放出氢气放出氢气:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO

5、3+2H2。(1)一般情况下一般情况下,非金属元素的单质熔、沸点低非金属元素的单质熔、沸点低,硬度小硬度小,但晶体硅与但晶体硅与金刚石熔点高、硬度大金刚石熔点高、硬度大,其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。(2)非金属单质大多为绝缘体非金属单质大多为绝缘体,但硅为半导体但硅为半导体,石墨为电石墨为电的良导体。的良导体。(3)Si的还原性强于的还原性强于C,但但C却能在高温下还原出却能在高温下还原出Si:SiO2+2C Si+2CO。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能与氢氟但硅能与氢氟酸反应酸反应:Si+4HF=Si

6、F4+2H2。归纳总结归纳总结碳、硅单质的特殊性碳、硅单质的特殊性教材教材P61P611.SiO2的结构的结构正四面体；空间网状结构；硅氧原子比例：正四面体；空间网状结构；硅氧原子比例：1:2 没有没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子分子存在，只存在硅氧原子每每1个个Si原子周原子周围结合合4个个O原子，原子，Si在中心，在中心，O在四个在四个顶角。同角。同时每每1个个O原子周原子周围结合合2个个Si原原子相子相结合。合。二二.SiO2 和和 CO22、CO2与与SiO2的比的比较名名 称称二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化学式化学式形形 态态物理性质物理性质CO2SiO2结晶形、无定形晶形

7、、无定形气气态不溶于水不溶于水，硬度大、熔点高硬度大、熔点高 能溶于水能溶于水，熔沸熔沸点点很低很低CO2SiO2化化学学性性质质用途用途 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温CO2+H2O H2CO3 CO2+CaO=CaCO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2C=Si+2CO高温高温CO2+C =2COCO2+2Mg=2MgO+CSiO24HF=SiF42H2OSiO2能被能被氢氟酸腐氟酸腐蚀人工降雨、灭火人工降雨、灭火光导纤维光导纤维与水反应与水反应与碱反应与碱反应与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与与还原剂还原剂反应反

8、应与酸反应与酸反应高温高温点燃点燃某同学根据某同学根据SiO2既可与碱反既可与碱反应，也能与，也能与氢氟酸反氟酸反应，推断，推断SiO2为两性氧化物，是否正确？两性氧化物，是否正确？不正确。不正确。因因为二氧化硅跟二氧化硅跟氢氟酸反氟酸反应产物不是物不是盐和水，并且和水，并且HF是唯一与是唯一与SiO2 反反应的酸，所以的酸，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考思考交流交流例3下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A.都是共价化合物B.SiO2可用于制光导纤维,干冰可用于人工降雨C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸D.都是酸性氧化物,都能

9、与强碱溶液反应C教材教材P62P62白色白色胶状、胶状、不溶于水不溶于水三、硅酸（三、硅酸（H2SiO3）弱酸性弱酸性:不不稳定性定性：高温高温物理性质物理性质化学性质化学性质H2SiO3 H2CO3 HClH2SiO3=SiO2+H2O不能使指示剂变色不能使指示剂变色Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常。常常用做干燥剂。常用做干燥剂。用途用途因因H2CO3的酸性的酸性强强于于H2

10、SiO3,所以所以,在在Na2SiO3溶液溶液中通入少量中通入少量CO2能能发生下列反生下列反应:Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,但在高温下但在高温下能能发生反生反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2。归纳总结含硅化合物的特殊性含硅化合物的特殊性SiO2是是H2SiO3的酸的酸酐,但它不溶于水但它不溶于水,不能直不能直接与水作用制接与水作用制备H2SiO3。酸性氧化物一般不与酸反酸性氧化物一般不与酸反应,但但SiO2能跟能跟氢氟酸反氟酸反应:SiO2+4HF=SiF4+2H2O。无无机酸一般易溶于水机酸一般易溶于水,但但H2SiO3难溶于水。溶于水。教

11、材教材P62P621.性质：性质：1 1）.硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。（除（除Na2SiO3、K2SiO3 溶于水溶于水）2）.Na2SiO3水溶液俗称为水溶液俗称为水玻璃、泡花碱水玻璃、泡花碱。可制备硅胶、木材防火剂、防腐剂等。可制备硅胶、木材防火剂、防腐剂等。二、硅酸盐二、硅酸盐无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃2.硅酸盐工业、产品硅酸盐工业、产品生产原料：生产原料：纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：生产设备：玻璃窑玻璃窑反应原理：反应原理：成分：成分：N

12、a2SiO3、CaSiO3、SiO2（主要成分）（主要成分）高温高温SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 高温高温玻玻 璃璃 生产原料：生产原料：黏土黏土（Al2O32SiO22H2O）生产设备：陶瓷窑生产设备：陶瓷窑生产过程：混合生产过程：混合-成型成型-干燥干燥-烧结烧结-冷却冷却主要性质：主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型陶陶 瓷瓷水水 泥泥生产原料：生产原料：石灰石石灰石（CaCO3）、黏黏 土土（Al2O32SiO22H2O）生产设备：水泥回转窑生产设备：水泥回转窑主要成分：

13、主要成分：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3第*页硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：（1）盐化学式法：）盐化学式法：适用于简单的硅酸盐如：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3、K2SiO3、CaSiO3等。等。（2）盐氧化物法：）盐氧化物法：l要领：要领：各元素写成相应的氧化物，各元素写成相应的氧化物，化合价不变，元素守恒化合价不变，元素守恒l格式：金属氧化物格式：金属氧化物二氧化硅二氧化硅水水 (各氧化物前系数为最简整数比各氧化物前系数为最简整数比)l顺序：金属按活动顺序表顺序：金属按活动顺序表硅酸钠：Na2SiO3 硅酸钙：CaSiO3 高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 长 石：KAlSi3O8玻 璃：Na2CaSi6O14用盐氧化物形式表示下列硅酸盐用盐氧化物形式表示下列硅酸盐？Na2OSiO2 CaOSiO2Al2O32SiO22H2OK2OAl2O36SiO2Na2OCaO6SiO2