高中化學(xué)第四章 第一節(jié) 硅 無機(jī)非金屬材料 課件人教版必修一

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1、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 化學(xué)化學(xué)1（必修）（必修）第四章第四章第一節(jié)第一節(jié) 硅硅 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 在前面一章里我們主要學(xué)習(xí)了碳、氮、硫等一些非金屬元素的單質(zhì)及化合物，今天我們來學(xué)習(xí)新內(nèi)容。 現(xiàn)在請大家來看下面的一組圖片瓷器是中國最偉大的創(chuàng)造之一，所以中國被譽(yù)為“瓷國”秦始皇陵兵馬俑是“世界八大奇跡”之一，是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)水晶晶瑩剔透，常被人們看作純潔和永恒的象征太陽能電池太陽能電池以其易獲得、無污染等特點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛以上圖片有什么共同之處？其物質(zhì)中都含有硅元素4-1 硅 無機(jī)非金屬材料一、單質(zhì)硅 硅的含量、存在形態(tài)、物理性質(zhì)、 化學(xué)性質(zhì)、工

2、業(yè)制法、用途二、二氧化硅及光導(dǎo)纖維 二氧化硅的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué) 性質(zhì)、用途 光導(dǎo)纖維的性質(zhì)和用途 三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料硅統(tǒng)硅電池硅燈硅電子配件聯(lián)想聯(lián)想質(zhì)疑質(zhì)疑1 1、計算機(jī)的芯片、傳導(dǎo)電話的電纜、化學(xué)、計算機(jī)的芯片、傳導(dǎo)電話的電纜、化學(xué) 實(shí)驗(yàn)的玻璃儀器它們是用什么材料制成實(shí)驗(yàn)的玻璃儀器它們是用什么材料制成 的？的？2 2、查閱資料并了解除了傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬、查閱資料并了解除了傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬 材料外，還有哪些無機(jī)非金屬材料？材料外，還有哪些無機(jī)非金屬材料？一、半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅半導(dǎo)體材料是指導(dǎo)電能力介于于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。硅在地殼中的含量僅次氧，儲量豐富，現(xiàn)已成為應(yīng)用廣泛的

3、半導(dǎo)體材料。在自然界的存在形態(tài)：無游離態(tài)，只有化合態(tài)。常見存在物質(zhì)形式：二氧化硅和硅酸鹽等。硅在地殼中的含量分布圖，如下：氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16%其他其他1.20% 觀察硅單質(zhì)的實(shí)物圖片 并閱讀教材P104第一段，總結(jié)硅的物理性質(zhì)、硅單質(zhì)的性質(zhì)、硅單質(zhì)的性質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。

4、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是重要的半導(dǎo)體材料。是重要的半導(dǎo)體材料。物理性質(zhì)物理性質(zhì)思考：1、硅的化學(xué)性質(zhì)是什么？2、寫出硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，與所學(xué)過的 哪種元素有相似之處？硅的原子結(jié)構(gòu)硅的原子結(jié)構(gòu)硅和碳一樣硅和碳一樣,其原子既不易失去又不其原子既不易失去又不易得到電子易得到電子,常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑。常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑。主要形成四價的化合物。主要形成四價的化合物。碳的原子結(jié)構(gòu)碳的原子結(jié)構(gòu)+142 8 44567231碳族元素在元素周期表中的位置碳族元素在元素周期表中的位置CSiGeSnPbA周期常溫下很穩(wěn)定，在高溫或點(diǎn)常溫下很穩(wěn)定，在高溫或點(diǎn)燃的條件下有較強(qiáng)還原性

5、。燃的條件下有較強(qiáng)還原性。常溫下很穩(wěn)定，高溫時也能發(fā)常溫下很穩(wěn)定，高溫時也能發(fā)生反應(yīng)。生反應(yīng)。 碳與硅化學(xué)性質(zhì)比較碳與硅化學(xué)性質(zhì)比較 碳（碳（ C ） 硅（硅（Si）Si+O2 = SiO2Si+2F2=SiF4 *Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 + 2H2 *Si+4HF=SiF4+2H2*C + O2 C O2C + C O2 2C OC + C uO C O + C uC + H2O (氣 ) C O + H2C + 2H2S O4(濃 ) C O2 +2SO2+ 2H2O *C + 4H N O3(濃 ) C O2 +4N O2+ 2H2O2C + O2 2C OSi+2Cl

6、2=SiCl4 * 2、 硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法 制粗硅：制粗硅：SiO2 +2C =Si + 2CO硅鐵硅錳合金硅鋇合金氧化劑：氧化劑：SiO2 得到電子發(fā)生還原反應(yīng)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)高溫還原劑：還原劑： C 失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)（粗硅）粗硅提純后可以得到高純硅，作為半導(dǎo)體粗硅提純后可以得到高純硅，作為半導(dǎo)體材料。材料。小資料：硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的計算機(jī)技術(shù)都需要有高純度的硅才能實(shí)現(xiàn)，所以需要對粗硅進(jìn)行提純：提提 純：純： Si+2Cl2=SiCl4 （粗硅）（粗硅） SiCl4+2H2=Si+4HCl （高純硅）（高純硅）高溫高溫（3、硅的用途：、硅的用途

7、： 硅不但用于制造晶體管、集成電路，硅不但用于制造晶體管、集成電路，還用于制造硅整流器和太陽能電池等。還用于制造硅整流器和太陽能電池等。此外，硅合金的用途也很廣。如含硅此外，硅合金的用途也很廣。如含硅4%的鋼具有良好的導(dǎo)磁性，可用于制造變壓的鋼具有良好的導(dǎo)磁性，可用于制造變壓器鐵芯；含硅器鐵芯；含硅15%左右的鋼具有良好的耐左右的鋼具有良好的耐酸性酸性,可用于制造耐酸設(shè)備?？捎糜谥圃炷退嵩O(shè)備。第二課時光 導(dǎo) 纖 維 交流研討：交流研討： 1、從物質(zhì)分類的角度來看，二氧化硅 屬于哪類物質(zhì)？ 2、二氧化硅可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？ 二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維 二氧化硅廣泛存在于自然界

8、中，沙子、石英的主要成分二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，透明的石英晶體即水晶。就是二氧化硅，透明的石英晶體即水晶。 1、SiO2的物理性質(zhì)：無色，沸的物理性質(zhì)：無色，沸點(diǎn)高、硬度大、點(diǎn)高、硬度大、不溶于水、不導(dǎo)電的晶體不溶于水、不導(dǎo)電的晶體二氧化硅晶體是由由氧原子和硅原子構(gòu)成的SIO2的結(jié)構(gòu)示意圖是由許多硅原子和氧原子通過牢固的作用力結(jié)合是由許多硅原子和氧原子通過牢固的作用力結(jié)合成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個分子。成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個分子。二氧化碳二氧化碳CO2二氧化硅二氧化硅SiO2物質(zhì)分類物質(zhì)分類與堿性氧化與堿性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與

9、水反應(yīng)與與HF反應(yīng)反應(yīng) 均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOH Na2CO3+H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3 不反應(yīng)不反應(yīng) 不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+ 2H2O2、二氧化硅與二氧化碳的比較、二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化硅化學(xué)性質(zhì)不活潑。二氧化硅化學(xué)性質(zhì)不活潑。 閱讀教材P105歸納二氧化硅的用途(1)水晶用于制造電子儀器的重要部件、光水晶用于制造電子儀器的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品學(xué)儀器、工藝品(2)光導(dǎo)纖維原料光導(dǎo)纖維原料(3)制玻璃制玻璃3、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（二

10、氧化硅）光導(dǎo)纖維（二氧化硅）主要特性主要特性抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；通訊質(zhì)量好；通訊質(zhì)量好；質(zhì)量輕、耐腐蝕質(zhì)量輕、耐腐蝕主要用途主要用途用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測遙控等處理、遙測遙控等思考練習(xí) 實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸(HF)? 實(shí)驗(yàn)室盛放NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而 不用玻璃塞,你知道是為什么嗎? 三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料一般耐高溫、溫度高、抗腐蝕，有些材料還有獨(dú)特的光電特性。主要包括陶瓷、玻璃 、無機(jī)非金屬涂層等n 硅酸性質(zhì)：硅酸性質(zhì)：不溶于水，酸性比碳酸弱，不能使指示劑變色，不溶于水，酸性比碳酸

11、弱，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀固體。是一種白色粉末狀固體。原硅酸性質(zhì)：白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干原硅酸性質(zhì)：白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸，硅酸在加熱條件燥的空氣中易失水變成硅酸，硅酸在加熱條件下會進(jìn)一步失水得到二氧化硅。下會進(jìn)一步失水得到二氧化硅。n硅酸鈉：可溶性鹽，其他多數(shù)硅酸鹽是不溶于水硅酸鈉：可溶性鹽，其他多數(shù)硅酸鹽是不溶于水的。其水溶液俗稱的。其水溶液俗稱“水玻璃水玻璃”，具有防腐，防火，具有防腐，防火，黏合等特性。黏合等特性。硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料。硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料。硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，大都難溶于水

12、。玻璃、水泥是常見的硅酸定，熔點(diǎn)較高，大都難溶于水。玻璃、水泥是常見的硅酸鹽材料。鹽材料。1、普通玻璃的主要原料是純堿（、普通玻璃的主要原料是純堿（Na2CO3）、）、石灰石（石灰石（CaCO3)、石英、石英(SiO2),生產(chǎn)過程中主要的生產(chǎn)過程中主要的化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2NaCO3+SiO2=Na2SiO3+CO2普通玻璃的主要成分：普通玻璃的主要成分：SiO2、CaSiO3、Na2SiO3設(shè)備：玻璃熔爐設(shè)備：玻璃熔爐閱讀教材閱讀教材 P107 有色玻璃有色玻璃普通玻璃的優(yōu)缺點(diǎn)：透光性好，但易碎且易傷人，不耐熱，受普通玻璃的優(yōu)缺點(diǎn)：透光性好，但易碎且

13、易傷人，不耐熱，受熱易炸碎，玻璃容器受熱易軟化，變形。熱易炸碎，玻璃容器受熱易軟化，變形。高溫高溫2、水泥的主要原料是石灰石和黏土，普通水泥的主要成水泥的主要原料是石灰石和黏土，普通水泥的主要成分是：硅酸二鈣分是：硅酸二鈣:2CaOSiO2 、硅酸三鈣硅酸三鈣:3CaOSiO2 、鋁鋁酸三鈣酸三鈣:3CaOAl2O3；設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯 水泥具有水硬性，與水摻和攪拌并靜止后，很水泥具有水硬性，與水摻和攪拌并靜止后，很容易凝固變硬。由于具有這一優(yōu)良特性，水泥才容易凝固變硬。由于具有這一優(yōu)良特性，水泥才被廣泛用做建筑材料。被廣泛用做建筑材料。 水泥 、沙子和碎石的混合物叫做混凝土.混

14、凝土常 用鋼筋做結(jié)構(gòu)，這就是通常所說的鋼筋混凝土. 鋼筋混凝土強(qiáng)度大，常用來做高樓大廈、橋梁等 高大建筑。n3、陶瓷、陶瓷人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料n主要原料：黏土（主要成分：氧化鋁、二主要原料：黏土（主要成分：氧化鋁、二氧化硅和水等）氧化硅和水等）n特點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度小，易碎，易滲透。特點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度小，易碎，易滲透。n燒制過程：燒制過程：制作陶瓷的工藝流程n新型無機(jī)非金屬材料：新型無機(jī)非金屬材料：n常見有高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、常見有高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。壓電陶瓷等。惰性氧化鋁瓷球氧化鋁載體氧化鋁眼鏡氧化鋁坩堝 資料：資料：新型無機(jī)非金屬材料的主要品種、性新型

15、無機(jī)非金屬材料的主要品種、性 能及用途能及用途氧化鋁（氧化鋁（ Al2O3）陶瓷）陶瓷（人造剛玉）（人造剛玉）主要主要特性特性高熔點(diǎn)；高熔點(diǎn)；高硬度；高硬度；可制成透明可制成透明陶瓷；陶瓷；無毒、不溶于水，強(qiáng)度高；無毒、不溶于水，強(qiáng)度高；對人體有較好的適應(yīng)性對人體有較好的適應(yīng)性 主要主要用途用途高級耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉高級耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關(guān)節(jié)等瓣膜、人造關(guān)節(jié)等氮化硅刀具(含有金屬心的)氮化硅基高溫陶瓷陶瓷氮化硅電加熱元件氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷主要主要特性特性超硬度，耐磨損；超硬度，耐磨

16、損；抗腐蝕，高溫抗腐蝕，高溫時也抗氧化；時也抗氧化；抗冷熱沖擊而不碎裂；抗冷熱沖擊而不碎裂；耐高溫且不易傳熱；耐高溫且不易傳熱；本身具有潤本身具有潤滑性滑性 主要主要用途用途制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴油機(jī)中發(fā)動機(jī)部件的受熱面等油機(jī)中發(fā)動機(jī)部件的受熱面等n硅酸鹽：用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表硅酸鹽：用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成。示其組成。按金屬活潑性遞減的順序?qū)?，然后寫二氧化硅，按金屬活潑性遞減的順序?qū)?，然后寫二氧化硅，最后寫水。最后寫水。牧高迪涂硅面料纖維紙鞏固練習(xí) 1常溫

17、下不能與硅反應(yīng)的是（ ） （A）氫氟酸 （B）氟氣 （C）氫氧化鈉溶液 （D）氯氣 2不能直接由氧化物和水生成的酸是（ ） （A） H2 SO4 （B） H2SO3 （C） H2SiO3 （D）H2CO3 3下列離子組能在水溶液中大量共存，且加入鹽酸 可能生成沉淀的是（ ） （A） Na+、CO32-、Cl-、SO42- （B） Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl- （C）S2-、 SO32-、OH-、Na+ （D）Na+、SiO32-、Cl-、NO3-DCD4生石灰中往往含有雜質(zhì)CaCO3和SiO2，要檢驗(yàn)是否存在這兩種雜質(zhì)，最好選用（ B ）（A）水（B）鹽酸（C）燒堿濃溶液（D）硫酸5下列物質(zhì)中沒有固定熔點(diǎn)的是（ C ）A二氧化硅 B硅酸鈉 C玻璃 D氫氧化 鈉6下列說法中不正確的是（ C ）。（A）新型無機(jī)非金屬材料具有光學(xué)特性、生物功能、電學(xué)特性、耐高溫、強(qiáng)度高（B）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷比金屬材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，如不怕氧化、密度小等優(yōu)點(diǎn)（C）光導(dǎo)纖維做通訊材料有許多優(yōu)點(diǎn)，但怕腐蝕，鋪設(shè)也很不方便（D）光導(dǎo)纖維除用于通訊外，還可以用于醫(yī)療、信息處理等許多方面 作業(yè)布置2、課后完成課本P109 1、3。1、溫習(xí)硅及二氧化硅的性質(zhì)。3、預(yù)習(xí)本章第二節(jié) 鋁 金屬材料。