鲁科版化学必修一课件：4.1硅和二氧化硅.ppt

1、 第一节第一节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料 第一课时第一课时 人面鱼纹盆人面鱼纹盆 秦砖秦砖 现代建筑离不开玻现代建筑离不开玻 璃的装饰和采光璃的装饰和采光 明长城明长城 汉瓦汉瓦 锦绣中华锦绣中华 1.你知道这些图片中的你知道这些图片中的 物质都与什么元素有物质都与什么元素有 关吗？关吗？ 2.通过上述这些图片你能通过上述这些图片你能 总结归纳出硅元素在自然总结归纳出硅元素在自然 界中的存在形态吗？界中的存在形态吗？ 硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量 氧氧48.6% 硅硅26.3% 铝铝7.73% 铁铁4.75% 钙钙3.45% 钠钠2.7

2、4% 钾钾2.47% 镁镁2.00% 氢氢0.16% 硅硅26.3% 1.硅的存在与含量硅的存在与含量 存在：存在：没有游离态没有游离态，只有化合态，只有化合态 含量：硅在自然界中含量居第二位含量：硅在自然界中含量居第二位 一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料 前面我们学习了碳、氧、硫的同素异前面我们学习了碳、氧、硫的同素异 形体，你知道硅有哪些同素异形体吗形体，你知道硅有哪些同素异形体吗 ？它有什么样的物理性质呢？请看课？它有什么样的物理性质呢？请看课 本本108页页 2.硅的同素异形体硅的同素异形体 晶体硅和无定性硅（非晶硅）晶体硅和无定性硅（非晶硅） 3.硅的物理性质硅的物理性质

3、 晶体硅是灰黑色、有晶体硅是灰黑色、有金属光泽金属光泽、硬、硬 而脆的固体，熔沸点较高，导电性而脆的固体，熔沸点较高，导电性 介于导体和绝缘体之间。介于导体和绝缘体之间。 硅硅 硅和碳硅和碳一样一样, ,其原子其原子既不易失去电子，也不易得到电既不易失去电子，也不易得到电 子，子，所以硅的化学性质不活泼所以硅的化学性质不活泼, ,主要形成主要形成正四价化合物正四价化合物 C Si 碳碳是构成有机物是构成有机物 的主要元素的主要元素 硅硅是构成岩石和许是构成岩石和许 多矿物的主要元素多矿物的主要元素 从从原子结构原子结构认识硅认识硅 探究预测探究预测 依据所学碳的有关性质，预测硅可能具有哪依据所

4、学碳的有关性质，预测硅可能具有哪 些化学性质？些化学性质？ （1 1）常温）常温下，性质稳定，下，性质稳定，只与只与F2、氢氟酸、氢氟酸(HF)、 强碱反应，强碱反应，不与不与 、 、 、 、 、 等其等其 它物质反应。它物质反应。 Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 O2 Cl2 HNO3 H2SO4 H2 4.4.化学性质化学性质 加热或高温条件下，可以与氧气等反应加热或高温条件下，可以与氧气等反应 Si + O2 = SiO2 Si+2Cl2=SiCl4 晶体硅的导电性介于导体和半导体之晶体硅的导电性介于导体和半导体之

5、 间间, ,是良好的是良好的半导体材料半导体材料. . 硅太阳能电池硅太阳能电池 电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU） 硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用 在美国旧金山，有个最大的高科在美国旧金山，有个最大的高科 技工业园区，称之为技工业园区，称之为“硅谷硅谷”，它，它 是现代电子工业和计算机发展的基是现代电子工业和计算机发展的基 地。这说明硅在电子工业革命中起地。这说明硅在电子工业革命中起 着非常重要作用。着非常重要作用。以硅为基础而制以硅为基础而制 成的晶体管是计算机的心脏。成的晶体管是计算机的心脏。 用做用做 材料，制造材料，制造 、 、 | 和和 等。制硅合金：等。制

6、硅合金：含硅含硅 44的钢用来制造的钢用来制造 ；含硅含硅1515 的钢具有良好的的钢具有良好的 用来制造用来制造 5 5. .硅的用途硅的用途 晶体管晶体管 半导体半导体 集成电路集成电路 硅整流器硅整流器 太阳能电池太阳能电池 变压器铁芯变压器铁芯 耐酸性耐酸性, 耐酸设备耐酸设备 工业制法工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅： SiO2 + 2C= Si+2CO 氧化剂：氧化剂： 还原剂：还原剂： 高温高温 Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl 高温高温 6.硅的制备硅的制备 C SiO2 工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅工业上，用焦炭在高温下还原石

7、英砂可制得粗硅 SiO22CSi(粗粗)2CO ，又能跟氯气反，又能跟氯气反 应经提纯得到应经提纯得到 SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：后再用氢气还原制得纯硅：Si( 粗粗)2Cl2SiCl4 ，SiCl42H2Si(纯纯) 4HCl。根据以上反应回答下列问题：。根据以上反应回答下列问题： （1）反应中焦炭做（）反应中焦炭做（ ） A.还原剂还原剂 B.氧化剂氧化剂 C.二者都不是二者都不是 （2）反应）反应 属于（属于（ ），反应），反应 属于（属于（ ） A.化合反应化合反应 B.分解反应分解反应 C.氧化还原反应氧化还原反应 D.非氧化还原反应非氧化还原反应 E.置换反应置换反应 A

8、AC CE 7.半导体材料半导体材料 定义：半导体材料特指导电能力介于导体和绝定义：半导体材料特指导电能力介于导体和绝 缘体之间的一类材料。缘体之间的一类材料。 最早使用的半导体材料是最早使用的半导体材料是锗锗 目前应用最广泛的半导体材料是目前应用最广泛的半导体材料是硅硅 水晶、玛瑙水晶、玛瑙 二、二氧化硅二、二氧化硅 1 1、存在、存在: : 水晶水晶 广泛存在与自然界中，广泛存在与自然界中， 是是沙子沙子、石英石英的主要成分的主要成分, 与其他矿物共同构成了岩与其他矿物共同构成了岩 石石。 结晶的结晶的二氧化硅二氧化硅叫石英叫石英 （透明的石英晶体即我们透明的石英晶体即我们 通常所说的通常

9、所说的水晶）水晶）。 玛玛 瑙瑙 Si O SiO2 的结构的结构 结论： SiO2的结构 类似于金刚石的结构 SiO2分子式表示 晶体中Si与O原 子个数比为1：2， 并不代表一个分子。 SiO2 是由是由硅原硅原 子和氧原子和氧原 子子构成的构成的 正四面体正四面体 的空间网的空间网 状结构，状结构， 因此性质因此性质 很很稳定稳定。 2. 结构结构. 当你喝稀饭是不小心吃到一粒沙 子，感觉如何？你能从中体会SiO2 的哪些物理性质？的哪些物理性质？ 状态： 硬度： 水溶性： 熔沸点： 固态固态 大大 不溶不溶 高高 3.物理性质物理性质 （1）具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性 与

10、强碱反应与强碱反应 SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O 硅酸钠硅酸钠 与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。 高温高温 SiO2 CaO CaSiO3 与水不反应与水不反应 4.化学性质化学性质 实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶溶液的试剂瓶 用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道 为什么吗？为什么吗？ 防止防止玻璃中的玻璃中的SiO2与与NaOH溶液溶液反应生成反应生成 粘稠的粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。 所以，所以，不能用磨口玻璃塞盛碱

11、性溶液不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如，如 NaOHNaOH、KOHKOH、NaNa2 2COCO3 3、NaNa2 2SiOSiO3 3等溶液。等溶液。 SiO2 4HF = SiF42H2O 此反应常用于此反应常用于雕刻雕刻玻璃玻璃。 （3） 特性特性与氢氟酸与氢氟酸HF反应反应 思考思考: :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？ HFHF能腐蚀玻璃能腐蚀玻璃. .因此，盛装因此，盛装氢氟酸氢氟酸不不 能用玻璃试剂瓶而要用能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶或铅皿塑料瓶或铅皿。 (2)弱氧化性弱氧化性 SiO2 + 2C= Si+2CO 高温高温 5、二氧化硅的用途、二

12、氧化硅的用途 由于由于SiO2具有优良的物理化学性能加上具有优良的物理化学性能加上SiO2在自在自 然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地 应用。应用。 光学纤维胃镜光学纤维胃镜 用光导纤维做手术不用开刀用光导纤维做手术不用开刀 二氧化硅的用途：二氧化硅的用途： （1） 制造制造光导纤维光导纤维和石英表中的和石英表中的压电材料压电材料 （2）水晶：制造电子部件和光学仪器）水晶：制造电子部件和光学仪器 二氧化碳二氧化碳 CO2 二氧化硅二氧化硅 SiO2 状状 态态 气气 态态 固固 态态 熔沸点熔沸点 硬度硬度 熔沸很低熔沸很低 熔点高，硬度大熔点

13、高，硬度大 水水 溶溶 性性 能溶于水能溶于水 不溶于水不溶于水 化化 学学 性性 质质 与与 酸酸 用用 途途 人工降雨，灭火人工降雨，灭火,饮料饮料 等等 光导纤维，化学仪器，光导纤维，化学仪器， 光学仪器，钟表电子光学仪器，钟表电子 部件部件 与水反应与水反应 与碱性氧与碱性氧 化物反应化物反应 与碱反应与碱反应 CO2 + H2O = H2CO3 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+CaO=CaCO3 不能反应不能反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应 SiO2 CaO =CaSiO3 高温高温 小结小结二氧化硅和二氧化碳的性质比

14、较二氧化硅和二氧化碳的性质比较 1、下列物质中、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的不能用玻璃瓶来盛装的 是（是（ ） A.烧碱溶液烧碱溶液 B.浓硫酸浓硫酸 C.氢氟酸氢氟酸 D.碳酸钠溶液碳酸钠溶液 C 巩固练习巩固练习 2.2.实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶, , 细口磨口塞玻璃瓶广口瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶 细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶 细口塑料瓶，细口塑料瓶， 如何存放下列药品如何存放下列药品? ?依据是什么依据是什么? ? a.a.二氧化硅二氧化硅_ b.b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液_ c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d.d.氢氟酸氢氟酸_ e.e.浓硫酸浓硫酸_ 3.下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中 正确的是 （ ） A.常温下O2能把Si氧化成SiO2 B.SiO2是酸性氧化物，能与水反应生成 硅酸 C.石英、水晶、海沙的主要成分都是SiO2 D.硅通常很稳定，不溶于常见的溶液中。 C 4 4. .要除去要除去SiOSiO2 2中混有的少量杂质中混有的少量杂质 CaCOCaCO3 3，最适宜的试剂是，最适宜的试剂是 ( ) ( ) A.A.水水 B.B.盐酸盐酸 C.C.稀硫酸稀硫酸 D.D.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 B