1、第四章第一節(jié)第四章第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅硅 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解硅的性質(zhì)和用途、了解硅的性質(zhì)和用途2、了解二氧化硅及硅酸的性質(zhì)與應(yīng)用、了解二氧化硅及硅酸的性質(zhì)與應(yīng)用3、認(rèn)識(shí)物質(zhì)間既有相似性，又有各自的特性、認(rèn)識(shí)物質(zhì)間既有相似性，又有各自的特性 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 硅、硅、 二氧化硅的性質(zhì)和硅酸的制備二氧化硅的性質(zhì)和硅酸的制備難點(diǎn)：難點(diǎn)： 二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)價(jià)值價(jià)值5元的沙子元的沙子SiO2Si點(diǎn)沙成金價(jià)值價(jià)值5000元的芯片元的芯片美國(guó)的硅谷美國(guó)的硅谷“斯坦福科研工業(yè)區(qū)斯坦福科研工業(yè)區(qū)”是是美國(guó)電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心，位于美國(guó)西海岸美國(guó)電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心

2、，位于美國(guó)西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長(zhǎng)公里，寬公圣胡安兩城之間的一條長(zhǎng)公里，寬公里的長(zhǎng)條形地帶上。由于它集中了全世界里的長(zhǎng)條形地帶上。由于它集中了全世界0 0以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱(chēng)為件是硅片，所以該地區(qū)被稱(chēng)為“硅谷硅谷”。 硅谷 silicon valley無(wú)機(jī)非金屬材料的主角無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅硅（第一課時(shí)）（第一課時(shí)）地球生物生存的根基地球生物生存的根基空氣、水、陽(yáng)光、空氣、水、陽(yáng)光、 硅酸鹽硅酸鹽說(shuō)文解字說(shuō)文解字硅硅廣泛存在于巖石

3、、土壤、沙子中，是硅廣泛存在于巖石、土壤、沙子中，是構(gòu)成地殼的重要元素構(gòu)成地殼的重要元素秦磚漢瓦秦磚漢瓦秦始皇陵兵馬俑秦始皇陵兵馬俑瓷器是中國(guó)最偉大的創(chuàng)造之一瓷器是中國(guó)最偉大的創(chuàng)造之一美麗的玻璃雕花藝術(shù)美麗的玻璃雕花藝術(shù)現(xiàn)代建筑離現(xiàn)代建筑離不開(kāi)玻璃的不開(kāi)玻璃的裝飾和采光裝飾和采光東方明珠東方明珠為什么是主角呢？為什么是主角呢？含量高，僅次于氧含量高，僅次于氧 用途廣泛用途廣泛核心元素？硅硅“豪門(mén)二杰豪門(mén)二杰”C、Si 的原子結(jié)構(gòu)示意圖。的原子結(jié)構(gòu)示意圖。+14+6CSil 硅原子既硅原子既不易失去又不易得到電子不易失去又不易得到電子，主要形成，主要形成四價(jià)四價(jià)的化合物。的化合物。l碳和硅都是碳

4、和硅都是親氧元素親氧元素, ,但是但是硅的親氧能力更強(qiáng)硅的親氧能力更強(qiáng)l 存在：沒(méi)有游離態(tài)，存在：沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)只有化合態(tài)二氧化硅、二氧化硅、硅酸鹽。硅酸鹽。1 1、硅的工業(yè)制法、硅的工業(yè)制法 ： 粗硅：粗硅： 純硅：純硅：2C+ SiO2= Si+2CO高溫高溫Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4太陽(yáng)能電池大規(guī)模集成電路硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集硅的用途非常廣泛，可用來(lái)制造集成電路、晶體管、硅整流器

5、等半導(dǎo)成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。鋁合金、鐵合金等多種合金。硅硅芯芯片片 在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高在美國(guó)舊金山，有個(gè)最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱(chēng)之為科技工業(yè)園區(qū)，稱(chēng)之為“硅谷硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)明硅在電子工業(yè)革命中基地。這說(shuō)明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要作用。起著非常重要作用。以硅為基礎(chǔ)而以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。制成的晶體管是計(jì)算機(jī)的心臟。 硅在硅在電子工業(yè)電子工業(yè)中重要作用中重要作用二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅礦山二、二氧化硅

6、和硅酸二、二氧化硅和硅酸結(jié)晶形（石英晶體）結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形無(wú)定形硅藻土硅藻土水晶水晶瑪瑙瑪瑙 二氧化硅二氧化硅（ SiO2 ）1 1、存在、存在: :硅石硅石無(wú)色透明無(wú)色透明彩色環(huán)帶或?qū)訝畈噬h(huán)帶或?qū)訝钏К旇iO2是自然界中沙子、石英的主要成分。是自然界中沙子、石英的主要成分。天天然然二氧化硅二氧化硅叫硅石叫硅石；結(jié)晶的結(jié)晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英。固體固體熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高難溶于水難溶于水硬度大硬度大聯(lián)想聯(lián)想-沙子沙子二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)? ? SiOSiO2 2的這些性的這些性質(zhì)是由什么決定的？質(zhì)是由什么決定的？2 2、物理性質(zhì)、物理性質(zhì)二氧化碳

7、二氧化碳COCO2 2 二氧化硅二氧化硅SiOSiO2 2狀狀 態(tài)態(tài)硬硬 度度水溶性水溶性熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)氣氣 態(tài)態(tài)固態(tài)固態(tài)很小很小很大很大可溶于水可溶于水難溶于水難溶于水很很 低低很很 高高物理性質(zhì)物理性質(zhì): :（與（與COCO2 2 作比較）作比較）思考交流：為什么思考交流：為什么SiO2和和CO2的物理的物理性質(zhì)差異很大？性質(zhì)差異很大？二氧化硅(SiO2）二氧化(CO2)物理性質(zhì) 熔沸點(diǎn)高、硬度大 熔沸點(diǎn)低硬度小與水反應(yīng) 不反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO= Ca SiO

8、3CO2+Na2O= Na2CO3與酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反應(yīng)與碳反應(yīng)SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO高溫高溫高溫高溫高溫高溫硅原子硅原子 二氧化硅中沒(méi)有單個(gè)分子，用二氧化硅中沒(méi)有單個(gè)分子，用SiO2來(lái)表示二氧化硅的組成來(lái)表示二氧化硅的組成, 表示表示Si與與O的原子的原子個(gè)數(shù)比個(gè)數(shù)比為為1:2,所以不是分子式而是所以不是分子式而是化學(xué)式化學(xué)式。SiOSiO4 4 四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了構(gòu)決定了SiOSiO2 2具有優(yōu)具有優(yōu)良的物理和良的物理和化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)3 3、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)思考思考：為什么不能用玻璃瓶保存氫氟酸：為什么不能

9、用玻璃瓶保存氫氟酸? ? 那用什么瓶保存那用什么瓶保存? ?為什么能用氫氟酸來(lái)刻為什么能用氫氟酸來(lái)刻蝕玻璃？蝕玻璃？原因：原因：玻璃中含有玻璃中含有SiO2會(huì)與會(huì)與HF反應(yīng)生成反應(yīng)生成SiF4 用用塑料瓶塑料瓶盛裝氫氟酸。盛裝氫氟酸。SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O用氫氟酸用氫氟酸“刻刻”出的玻璃工藝品出的玻璃工藝品在玻璃表面涂上一層石蠟在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟洗掉酸并去掉石蠟 思考：思考： 實(shí)驗(yàn)室盛裝實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用溶液的試劑瓶用橡橡皮塞皮塞而不用玻璃塞，你知而不

10、用玻璃塞，你知道為什么嗎？道為什么嗎？ 原因：原因： 防止玻璃中的防止玻璃中的SiO2與與NaOH溶液溶液反應(yīng)生成粘稠的反應(yīng)生成粘稠的Na2SiO3 ，使瓶塞和瓶口，使瓶塞和瓶口粘在一起粘在一起 （ SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O ） 加熱熔融燒堿時(shí)應(yīng)使用下列哪種坩堝（加熱熔融燒堿時(shí)應(yīng)使用下列哪種坩堝（ ）A.石英坩堝石英坩堝 B.普通玻璃坩堝普通玻璃坩堝 C.鐵坩堝鐵坩堝 D.氧化鋁坩堝氧化鋁坩堝C解釋?zhuān)菏③釄濉⒉Ａй釄逯芯薪忉專(zhuān)菏③釄濉⒉Ａй釄逯芯蠸iOSiO2 2，在加，在加熱的情況下會(huì)與熱的情況下會(huì)與NaOHNaOH發(fā)生反應(yīng)：發(fā)生反應(yīng)：SiOSiO2 22Na

11、OH 2NaOH NaNa2 2SiOSiO3 3H H2 2O O，因此應(yīng)當(dāng)選用鐵坩堝。，因此應(yīng)當(dāng)選用鐵坩堝。 5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途二氧化硅二氧化硅石英玻璃石英玻璃瑪瑙首飾瑪瑙首飾石英手表石英手表石英鐘石英鐘高級(jí)工藝品高級(jí)工藝品眼鏡眼鏡精密儀器軸承精密儀器軸承光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維瑪瑙瑪瑙思考：思考： 硅酸是一種怎樣的物質(zhì)呢硅酸是一種怎樣的物質(zhì)呢？硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱(chēng)為成干膠，稱(chēng)為“硅膠硅膠”。、 干燥硅膠干燥硅膠 濕硅膠濕硅膠（1） Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 （2） H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO

12、3H2SiO3=H2O+SiO2加熱加熱Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3（3）(SiO2） 制備制備： H2SiO3 硅酸凝膠硅酸凝膠 硅酸干凝膠硅酸干凝膠 “硅膠硅膠” 用途：用途： 硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實(shí)硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，驗(yàn)室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。也可以用作催化劑的載體。1、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（的比較，正確的是（ ）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：SiO2 CO2（干冰）（干冰） D

13、.硬度：硬度： SiO2 CO2 C 2、下列物質(zhì)中、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來(lái)不能用玻璃瓶來(lái)盛裝的是（盛裝的是（ ）A.燒堿溶液燒堿溶液 B.濃硫酸濃硫酸 C.氫氟酸氫氟酸 D.碳酸鈉溶液碳酸鈉溶液 C3、要除去、要除去SiO2中的中的CaO雜質(zhì)，雜質(zhì)，最適宜的試劑是（最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液純堿溶液 B 鹽酸鹽酸 C 硫酸硫酸 D 苛性鈉溶液苛性鈉溶液B第一課時(shí)結(jié)束第一課時(shí)結(jié)束 謝謝謝謝四、硅酸鹽四、硅酸鹽 2.硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的表示方法： 化學(xué)式法：化學(xué)式法：氧化物法：氧化物法：硅酸鈉硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣硅

14、酸鈣： CaO SiO2高嶺石：高嶺石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O長(zhǎng)石：長(zhǎng)石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土：粘土： Al2O3 2SiO2 2H2O硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，關(guān)于硅酸鹽說(shuō)明：關(guān)于硅酸鹽說(shuō)明：1.1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.2.硅酸鈉是常

15、見(jiàn)的可溶性硅酸鹽之一，俗硅酸鈉是常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽之一，俗稱(chēng)稱(chēng)泡花堿泡花堿；它的水溶液俗稱(chēng)；它的水溶液俗稱(chēng)水玻璃水玻璃，是一，是一種粘合劑；種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：硅酸和二氧化硅的制備： 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡膠塞要用橡膠塞 較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2

16、常溫分解受熱分解四、硅酸鹽工業(yè)四、硅酸鹽工業(yè) 水泥是一種非常重要的建筑材料。水泥是一種非常重要的建筑材料。萬(wàn)丈高樓平地起，穿針引線(xiàn)是水泥。萬(wàn)丈高樓平地起，穿針引線(xiàn)是水泥。生產(chǎn)過(guò)程：黏土和石灰石兩磨、一燒。研磨煅燒再磨成細(xì)粉；硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2) 混合物鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)水泥的生產(chǎn)原料：普通硅酸鹽水泥的成分：1 、水泥 水泥的性能：水泥的性能： 水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合水泥、沙子和水的混合物物建筑黏合劑。建筑黏合劑。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：混凝土：水泥砂漿：水泥砂漿：2、玻璃：生產(chǎn)過(guò)

17、程： 純堿、石灰石和石英。純堿、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃無(wú)固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。 玻璃的性能：3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛(ài)。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱(chēng)。隋帶燒制的三彩陶駱駝瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語(yǔ)系國(guó)家中，“瓷器”和“中國(guó)”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)

18、所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄。” 我國(guó)素有“瓷都”之稱(chēng)的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型無(wú)機(jī)非金屬材料：新型無(wú)機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等新型無(wú)機(jī)非金屬材料：1、新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)； （3）具有光學(xué)性質(zhì)； （4）具有生物功能；2 2、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：(1)(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷( (人造剛玉人造剛玉) )：氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁

19、陶瓷制品 高壓鈉燈的燈管就是用氧化鋁陶瓷制作的。高壓鈉燈是發(fā)光效率很高的一種電光源，光色金白，在它的燈光下看物清晰，不刺眼。平均壽命長(zhǎng)達(dá)1萬(wàn)小時(shí)2萬(wàn)小時(shí)，比高壓汞燈壽命長(zhǎng)2倍，是白熾燈壽命的10倍，是目前壽命最長(zhǎng)的燈。透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷注：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在注：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在19501950年就得以解決，由于沒(méi)有一年就得以解決，由于沒(méi)有一種能抵御高溫鈉蒸氣（種能抵御高溫鈉蒸氣（14001400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到到19651965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。1.下列物質(zhì)中屬于純凈物的是下列物質(zhì)中屬于純凈物的是( ) A.Na2CO310H2O B.水泥水泥 C.純凈的鹽酸純凈的鹽酸 D.普通玻璃普通玻璃3.下列物質(zhì)有固定熔點(diǎn)的是（）下列物質(zhì)有固定熔點(diǎn)的是（）A.水泥水泥 B.玻璃玻璃C.Na2OSiO2 D.水玻璃水玻璃 2.下列敘述正確的是下列敘述正確的是( )A.酸均不能與酸性氧化物反應(yīng)酸均不能與酸性氧化物反應(yīng)B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能貯存氫氟酸玻璃、陶瓷、水泥容器都不能貯存氫氟酸C.石灰抹墻、水泥砌墻過(guò)程的硬化原理相同石灰抹墻、水泥砌墻過(guò)程的硬化原理相同D.石灰窯、玻璃熔爐出來(lái)的氣體主要成分相同石灰窯、玻璃熔爐出來(lái)的氣體主要成分相同ABDC小結(jié)：小