鲁科版化学必修1《硅、无机非金属材料》课件1.ppt

1、硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley“斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业是美国电子和计算机工业中中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长4848公里，宽公里，宽1616公里公里的长条形地带上。由于它集中了全世界的长条形地带上。由于它集中了全世界9090以上的著名以上的著名半导体公司，半导体公司，而半导体的基本元件是硅片。而半导体的基本元件是硅片。化学化学1（必修）（必修）第四章第四章第一节第一节 硅硅 无机非金属材料无机非

2、金属材料 （第一课时）（第一课时）第一节第一节 硅硅 无机非金属无机非金属材料材料【教学目标】【教学目标】1、掌握硅的性质、用途。、掌握硅的性质、用途。2、掌握二氧化硅的组成、性质和、掌握二氧化硅的组成、性质和用途。用途。【教学重点】【教学重点】硅和二氧化硅的主要性质、用途。硅和二氧化硅的主要性质、用途。氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%3.硅的存在硅的存在自然界中的硅都以化合态存在自然界中的硅都以化合态存在阅读教材阅读教材107-108107-108页内容，了解单质页内容，了解单质硅

3、在自然界的存在、硅在自然界的存在、物理性质和化学性质物理性质和化学性质硅硅4.单质硅单质硅2 2、硅单质的性质、硅单质的性质晶体硅是灰黑色、有金属光晶体硅是灰黑色、有金属光泽、泽、硬硬而脆的固体。而脆的固体。导电性介于导体和绝缘体之间，导电性介于导体和绝缘体之间，为半导体材料。为半导体材料。同素异形体：同素异形体：有有晶体硅晶体硅和和不定形硅不定形硅两种。两种。物理性质物理性质化学性质化学性质常温下，常温下，性质稳定，除性质稳定，除氟气、氢氟气、氢氟酸、氢氧化钠氟酸、氢氧化钠外，一般不反应。外，一般不反应。Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2

4、SiO3+2H2（2）硅的化学性质）硅的化学性质加热下，加热下，Si+O2 =SiO2Si+2Cl2=SiCl4高温高温（3）、硅的制法）、硅的制法取取 制制粗硅：粗硅：SiO2 +2C =Si+2CO氧化剂：氧化剂：SiO2 得到电子发生还原反应得到电子发生还原反应高温高温还原剂：还原剂：C 失去电子发生氧化反应失去电子发生氧化反应（粗硅）（粗硅）小资料：小资料：硅芯片、大规模集成电路及相应的计硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要算机技术都需要有高有高纯度的硅才能纯度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯实现，所以需要对粗硅进行提纯：提提 纯：纯：Si+2Cl2=SiCl4 （粗硅）

5、（粗硅）SiCl4+2H2=Si+4HCl （高纯硅）高纯硅）高温高温高温高温5、用途：晶体管、集成电路，、用途：晶体管、集成电路，还用于制造硅整流器和太阳还用于制造硅整流器和太阳能电池、计算机芯片以及半能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和导体材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火星探人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。测器等动力设备新能源。硅太阳能电池硅太阳能电池硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心（4）硅的用途）硅的用途二、二氧化硅与光导纤维（二、二氧化硅与光导纤维（SiO2）1、二氧化硅（、二氧化硅（SiO2）(1)二氧二氧化硅

6、存在化硅存在 结晶形（石英晶体）结晶形（石英晶体）无定形无定形硅藻土硅藻土水晶水晶玛瑙玛瑙二氧化硅广泛存在于自然二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅。成分就是二氧化硅。二、二氧化硅与光导纤维（二、二氧化硅与光导纤维（SiO2）（2）物理性质物理性质：沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体晶体讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为化物，其中硅的化合价为4 4价，请你预价，请你预测二氧化硅的化学性质。测二氧化硅的化学性质。(2)(2)价态：价态：中中Si显显+4价为最高价价为

7、最高价2 2、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质（2)具有弱氧化性具有弱氧化性SiO2+2C =Si+2CO与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 与与NaOHNaOH 反应反应生成有粘胶性的硅酸钠生成有粘胶性的硅酸钠学以致用学以致用 答：答：HFHF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。（3 3）某同学根据）某同学根据氢氟氢氟酸反应酸反应,推断推断 （1 1）为什么在实验室中盛放为什么在实验室中盛放NaOHNaOH 溶液的试剂瓶用橡

8、皮塞而不用玻璃塞？溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（2 2）实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水水晶制品水晶制品总总 结结SiOSiO2 2COCO2 2所属类型所属类型物物理理性性质质色色 态态熔沸点熔沸点硬硬 度度溶解性溶解性化化学学性性质质CO2+2NaOH =Na2CO3+2OSiO2+2NaOH =Na2SiO3+2O高温高温SiO2+Na2O=Na2SiO3坚硬难熔固体坚硬难熔固体高高大大不溶于水不溶于水无色气体无色气体低低小小溶于水溶于水CO2+Na2O=Na2CO3酸性

9、氧化物酸性氧化物酸性氧化物酸性氧化物CO2+H2O=H2CO3 不反应不反应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SiO2+C=Si+2CO高温高温CO2+C=2CO高温高温氧化性氧化性光导纤维硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为为“硅胶硅胶”。、干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶三、硅酸盐三、硅酸盐如何以如何以SiOSiO2 2为主要原料制取硅酸为主要原料制取硅酸?学以致用学以致用SiOSiO2 2H H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 31 1、制备、制备白色，胶状，白色，胶状，不溶于不溶于水的物质水的物质酸性比碳酸弱

10、酸性比碳酸弱H2SiO3 =SiO2 +2H2O强酸制弱酸原理（酸性强酸制弱酸原理（酸性HClHClHH2 2SiOSiO3 3）H2SiO3 +2NaOH=Na2SiO3+2H2O二、硅酸盐1、定义：、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称 2、物理性质：、物理性质：硅酸盐种类很多，是一类结构复杂的固态物质，大多数难溶于水，化学性质很稳定。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，K2SiO3硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，见见自主学习丛书自主学习丛书98页页“知识梳理（知识梳理（4）硅酸钠）硅酸钠”3.硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：（见（见自主学习丛书

11、自主学习丛书98页页“知识梳理知识梳理”）化学式法：化学式法：适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3K2SiO3、氧化物法：氧化物法：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数（系数不能是分数）。硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙：CaSiO3 CaOSiO2高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 正长石：KAlSi3O8不能写成 1/2 K2O 1/2Al2O33SiO2，Al2O32SiO22H2O K2OAl2O36SiO2玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃:Na2OCaO6SiO21、主要原料：主要原料：纯碱

12、、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。3、反应原理反应原理：复杂的物理、化学变化：复杂的物理、化学变化2、生产过程生产过程：原料：原料按比例混合按比例混合 熔化熔化 成型成型Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温粉碎粉碎强热强热添加剂添加剂4、玻璃的主要成分：、玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3 、SiO2 5、玻璃态物质、玻璃态物质玻璃玻璃 没有固没有固定的熔点。定的熔点。没有一定的没有一定的熔点而在某一温熔点而在某一温度范围内逐渐软度范围内逐渐软化的物质。（介化的物质。（介于晶体与非晶体于晶体与非晶体之间。）之间。）实例实

13、例特性特性定义定义玻璃态物质玻璃态物质几种常见玻璃简介几种常见玻璃简介普通玻璃普通玻璃因因混有铁的化合物显浅绿色混有铁的化合物显浅绿色蓝蓝玻璃玻璃红红玻璃玻璃铅玻璃铅玻璃光学仪器玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃钢化玻璃光纤玻璃光纤玻璃光导纤维：光导纤维：1964年年8月华裔月华裔科学家高锟首先提出用玻科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被璃纤维代替金属导线，被誉为誉为“纤维光学之父纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送纤维上同时传送3万门电话万门电话且中继距离长达且中继距离长达2050Km，保密性能好。保密性能好。在原料里加入某些金属氧化在原料里加入某些金属氧

14、化物均匀地分散到玻璃态物质里，物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。使玻璃呈现出特征颜色。把普通玻璃放在把普通玻璃放在电炉里加热，使它软电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎。倍，不易破碎。6、几种常见的玻璃、几种常见的玻璃水泥水泥以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料（2）水泥）水泥原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑生产过程：原料生产过程：原料生料生料熟料熟料成品成品条件：煅烧条件：煅烧主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝主要

15、成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等酸三钙等磨细磨细煅烧煅烧石膏粉石膏粉水泥的性能：水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。（3）陶瓷）陶瓷原料：黏土原料：黏土条件：高温烧结条件：高温烧结生产过程：生产过程：混合混合成型成型干燥干燥烧结烧结冷却冷却描述景德镇的描述景德镇的陶瓷有这样一陶瓷有这样一句话句话:薄如纸薄如纸,声声如磬如磬,色如色如玉玉.产产品品主要原料主要原料主要设备主要设备反应反应条件条件主要成分主要成分水水泥泥粘土、石灰粘土、石灰石、石膏石、石膏水泥回转窑水泥回转窑 高温高温硅酸三钙：硅酸三钙：3CaO3CaOSiOSiO2 2硅酸二钙：硅酸二钙：2CaO2CaOSiOSiO

16、2 2铝酸三钙：铝酸三钙：CaOCaOAlAl2 2O O3 3玻玻璃璃纯碱、石灰纯碱、石灰石、石英石、石英玻璃窑玻璃窑高温高温NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 2硅酸盐产品简介 新型新型无机非金属材料的优点：无机非金属材料的优点：1、能承受高温，强度高、能承受高温，强度高2 2、具有电学特性、具有电学特性3 3、具有光学特性、具有光学特性4 4、具有生物功能、具有生物功能玻璃刀玻璃刀玻璃刀轮片玻璃刀轮片红宝石为轴的雷达表红宝石为轴的雷达表人造金刚石锯片人造金刚石锯片新型无机非金属材料之一：新型无机非金属材料之一：高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶

17、瓷、压电陶瓷新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等79 科学视野：新型陶瓷、高温结构陶瓷、高温结构陶瓷、压电陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷、超导陶瓷航天飞机航天飞机高温结构陶瓷的应用高温结构陶瓷的应用资料资料:两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚哥伦比亚”号返航时在空中解体。号返航时在空中解体。高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现如此优秀的表现,因为它具有因为它具有耐高温、耐耐高温、耐氧化、超强、超硬氧化、超强、

18、超硬等优点，它可以在各等优点，它可以在各种恶劣环境下使用，同时，也是制造汽种恶劣环境下使用，同时，也是制造汽车发动机，喷气发动机的理想材料，可车发动机，喷气发动机的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽车以大大提高能源的利用率，可以使汽车跑得更快，飞机飞得更高。跑得更快，飞机飞得更高。高温结构陶瓷的应用高温结构陶瓷的应用超导陶瓷：超导陶瓷：所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小阻减小,当温度降到当温度降到-269（液氮温度，为（液氮温度，为4K）左右时，水银的电阻变为零，这种现

19、左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界温度为我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处处于世界领先水平。于世界领先水平。超导陶瓷生物陶瓷生物陶瓷 这种陶瓷强度大这种陶瓷强度大,韧性好韧性好,与人体亲和力与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。移植材料。在这一领域我国处于世界领先水平。在这一领域我国处于世界领先水平。压电陶瓷压电陶瓷 利用陶瓷，还可实现多种功能互换。利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能敲打即刻产生一个电

20、火花，将机械能转变成电能。转变成电能。材料是社会发展和人类进步的材料是社会发展和人类进步的一种标志一种标志 材料科学和工程是人类科技文明生活材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来现和它的广泛应用常常会带来社会生社会生产的变革和新兴产业产的变革和新兴产业的出现的出现 比如硅的出现就引发了现代信息产业比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命的一场革命材料是社会发展和人类进步的材料是社会发展和人类进步的一种标志一种标志 材料科学和工程是人类科技文明生活材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来现和它的广泛应用常常会带来社会生社会生产的变革和新兴产业产的变革和新兴产业的出现的出现 比如硅的出现就引发了现代信息产业比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命的一场革命