【化学】无机非金属材料-硅二氧化硅硅酸硅酸盐课件 2023-2024学年高一下学期人教版（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硅硅 二氧化硅二氧化硅 硅酸硅酸 硅酸盐硅酸盐想一想：它们用到哪些材料？列举生活中有哪些材料？材料按照化学组成和特性来分：复合材料：由两种或两种以上的材料按照一定方式组成的材料。高分子材料：纤维、橡胶、树脂、塑料材料金属材料：纯金属材料和合金材料无机非金属材料：传统和新型无机非金属材料三大传统硅酸盐材料：玻璃、陶瓷、水泥传统无机非金属材料-硅酸盐材料结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。性质：硬度大、熔点高、难溶于水、化学性质稳定等。硅酸盐概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称玻璃制备原理：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2纯碱、石灰石、石英沙（SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和SiO2建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维原料：成分：用途：性能：透光性好、硬度大、无固定熔点水泥黏土和石灰石，适量石膏（调节水泥硬化速率）水泥回转窖(复杂的物理和化学变化)设备：原料：水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程用途：成分：硅酸盐，包括硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙 (2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)小杨老师 15521324728版权归属于微信公众号：杨sir化学侵权必究环节2、知识精讲黏土（含水的铝硅酸盐）高温烧结(复杂的物理和化学变化)建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具原料：条件：用途：陶瓷我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。玻璃,水泥,陶瓷的原料有哪些区别？组成成分上玻璃与水泥和陶瓷相比有什么不同?成分：含水的铝硅酸盐玻璃的成分含有二氧化硅1湖南省博物院被国家文物局列为首批“国家一级博物馆”，现有院藏文物18万余件。下列文物的主要成分为硅酸盐材料的是C2“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是()A玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐C硅谷最早是研究和生产以硅谷最早是研究和生产以硅硅为基础的为基础的半导体芯片半导体芯片的地方，因此得名。的地方，因此得名。新型无机非金属材料硅在地壳中的含量：地壳中含量前五位的元素氧、硅、铝、铁、钙仅次于氧，排在第二位。一.硅1.硅的存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态。硅在自然界中主要以：硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。硅酸盐硅酸盐石榴石石榴石氧化物氧化物水晶水晶是构成矿物和岩石的基本元素。氧化物氧化物沙子沙子硅元素位于元素周期表第三周期、第A族。处于金属和非金属的过渡位置，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料1.硅硅是信息技术的关键材料。半导体材料Si+148 42+642C硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物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2.硅的物理性质硅的类型：分为晶体硅和不定型硅晶体硅不定型硅正正四四面面体体形形网网状状结结构构的的晶晶体体，与金刚石结构相似与金刚石结构相似并并非非所所有有的的原原子子都都与与其其它它原原子子严严格格地地按按照照正正四四面面体体排排列列 (不不稳定性稳定性)3.硅单质的化学性质（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 SiCl4Si+O2 SiO2Si+C SiC高温3.硅的用途良好的半导体材料可制成硅芯片和太阳能电池极板半导体发光二极管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？SiO22C Si2CO4.高纯硅的制备其中涉及的主要化学反应为_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。能否能否通过该反应证明通过该反应证明C C、SiSi的的还还原原性性强弱？强弱？氧化性、还原性的强弱，必须是在通氧化性、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，故不能比较还在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。原性的强弱。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。二，二氧化硅玛瑙玛瑙水晶水晶石英石英结晶形无定形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1mol SiO2中含4mol Si-O键SiO2是不是分子式，SiO2是由原子组成的，没有SiO2分子 二氧化硅中二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为氧原子与硅原子个数比为2：1，用，用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示来表示二氧化硅的组成，表示O与与Si的原子个数比，的原子个数比，不是分子式不是分子式是化学式是化学式 导入：导入：光导纤维被认为是光导纤维被认为是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，碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？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 与碱溶液反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaO CaSiO3 与某些盐反应：工业制玻璃 3.SiO2的化学性质SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2【思考】为什么实验室盛装【思考】为什么实验室盛装NaOH溶溶液的试剂瓶用橡皮塞液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞而不用玻璃塞？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?不是，二氧化硅和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐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：解解析析：陶陶瓷瓷和和石石英英的的主主要要成成分分都都含含有有SiO2，SiO2能能与与NaOH反反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。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。三，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硅胶是什么？为什么可以用作干燥剂呢？透透明明小小球球是是硅硅酸酸逐逐渐渐聚聚合合而而形形成成的的胶胶体体-硅硅酸酸溶溶胶胶，硅硅酸酸浓浓度度较较大大时时，则则形形成成软软而而透透明明的的、胶胶冻冻状状的的硅硅酸酸凝凝胶胶。硅硅酸酸凝凝胶胶经经干干燥燥脱脱水水就就形形成成硅硅酸酸干干胶胶，称称为为“硅硅胶胶”。硅硅胶胶多多孔孔，吸吸附附水水分分能能力力强强，常常用用做做实实验验室室和和袋袋装装食食品品、瓶瓶装装药药品品等等的的干干燥燥剂剂，也也可可以用作以用作催化剂的载体催化剂的载体。1.H2SiO3物理性质：白色胶状固体不溶于水四：硅酸2.H2SiO3化学性质：硅酸是一种不溶于水的弱酸，酸性比碳酸H2CO3 弱，不能使指示剂变色3.H2SiO3的制备：（强酸制弱酸）可溶性硅酸盐与酸反应制备H2SiO3 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2O+CO2(少)=Na2CO3+H2SiO3 Na2SiO3+2H2O+2CO2(过)=2NaHCO3+H2SiO3H2SiO3不稳定，受热易分解H2SiO3 SiO2+H2O【例】下列关于硅酸的说法正确的是()A.硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得B.用反应Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D.硅胶可用作袋装食品的干燥剂D1.概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称（Na2SiO3 )结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体 性质：硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点五、硅酸盐2.简单的硅酸盐Na2SiO3 物理性质:俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃 化学性质:Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 硅酸钠的用途:制硅酸、黏合剂、耐火阻燃材料(防火剂)3.硅酸盐的组成表示：用氧化物形式表示：硅酸钠Na2SiO3：Na2O SiO2 书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O 在氧化物前面按化学式中的比例添加系数，计量数以整数书写！黏土：Al2Si2H4O9长石：KAlSi3O8钾云母：K(Al3Si3O10)(OH)2Al2O32SiO22H2OK2OAl2O36SiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O钙沸石：Ca(Al2Si3O10)3H2OCaO Al2O3 3SiO23H2O练习.将下列硅酸盐改写为氧化物练习：青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐产品B青石棉能完全溶解在NaOH溶液中C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原BSiNa2SiO3SiO2H2SiO3O2/Na2O、NaOHH2O+CO2/HClNaOH物质类别物质类别化化合合价价单质单质氧化物氧化物盐盐含氧酸含氧酸0+4Na2CO3C/高温高温SiF4HFNaOHSiCl4氯化物氯化物硅元素的价类图+21.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是()A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大 B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸 C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液 D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸B2.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是()门窗玻璃 水晶镜片 石英钟表 玛瑙首饰 硅太阳能电池 光导纤维 计算机芯片 A.B.全部 C.D.A3.下列关于硅酸的说法正确的是()A.硅酸可以通过 SiO2 和 H2O 化合反应直接制得 B.可用反应 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 制取硅酸 C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaOH 溶液反应 D.干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠B4.下列叙述正确的是()A.SiO2既和NaOH溶液反应，又和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 B.因为Na