魯科版化學(xué)必修1《硅、無(wú)機(jī)非金屬材料》ppt課件

硅 谷 silicon valley “ 斯 坦 福 科 研 工 業(yè) 區(qū) ” 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 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) 48公 里 ， 寬 16公 里的 長(zhǎng) 條 形 地 帶 上 。 由 于 它 集 中 了 全 世 界 90 以 上 的 著 名半 導(dǎo) 體 公 司 ， 而 半 導(dǎo) 體 的 基 本 元 件 是 硅 片 。 化 學(xué) 1（ 必 修 ）第 四 章第 一 節(jié) 硅 無(wú) 機(jī) 非 金 屬 材 料 （ 第 一 課 時(shí) ） 第 一 節(jié) 硅 無(wú) 機(jī) 非 金 屬材 料【 教 學(xué) 目 標(biāo) 】 1、 掌 握 硅 的 性 質(zhì) 、 用 途 。 2、 掌 握 二 氧 化 硅 的 組 成 、 性 質(zhì) 和用 途 。【 教 學(xué) 重 點(diǎn) 】 硅 和 二 氧 化 硅 的 主 要 性 質(zhì) 、 用 途 。 氧 48.6% 硅 26.3% 鋁 7.73%鐵 4.75%鈣 3.45%鈉 2.74%鉀 2.47%鎂 2.00%氫 0.16%其 他1.20%3.硅 的 存 在自 然 界 中 的 硅 都 以 化 合 態(tài) 存 在 閱讀教材107-108頁(yè)內(nèi)容，了解單質(zhì)硅在自然界的存在、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)硅4.單 質(zhì) 硅 2、 硅 單 質(zhì) 的 性 質(zhì)晶 體 硅 是 灰 黑 色 、 有 金 屬 光 澤 、硬 而 脆 的 固 體 。導(dǎo) 電 性 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 ，為 半 導(dǎo) 體 材 料 。同 素 異 形 體 ： 有 晶 體 硅 和 不 定 形 硅 兩 種 。物 理 性 質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 常 溫 下 ， 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 ， 除 氟 氣 、 氫氟 酸 、 氫 氧 化 鈉 外 ， 一 般 不 反 應(yīng) 。 Si+2F2 = SiF4 Si+4H F = SiF4+2H 2 Si+2NaOH +H 2O = Na2SiO3+2H 2（ 2） 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 加 熱 下 ， Si+O2 = SiO2Si+2Cl2=SiCl4高 溫 （3）、硅的制法取 制 粗 硅 ：SiO2 +2C =Si + 2CO氧 化 劑 ： SiO2 得 到 電 子 發(fā) 生 還 原 反 應(yīng)高 溫還 原 劑 ： C 失 去 電 子 發(fā) 生 氧 化 反 應(yīng)（ 粗 硅 ） 小 資 料 ：硅 芯 片 、 大 規(guī) 模 集 成 電 路 及 相 應(yīng) 的 計(jì)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(duì) 粗 硅 進(jìn) 行 提 純 ： 提 純 ： Si+2Cl2=SiCl4 （ 粗 硅 ） SiCl4+2H 2=Si+4H Cl （ 高 純 硅 ）高 溫 高 溫 5、 用 途 ： 晶 體 管 、 集 成 電 路 ，還 用 于 制 造 硅 整 流 器 和 太 陽(yáng)能 電 池 、 計(jì) 算 機(jī) 芯 片 以 及 半導(dǎo) 體 材 料 信 息 技 術(shù) 等 材 料 和人 造 衛(wèi) 星 、 登 月 車 、 火 星 探測(cè) 器 等 動(dòng) 力 設(shè) 備 新 能 源 。 硅太陽(yáng)能電池硅芯片是各種計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品的核心 （ 4） 硅 的 用 途 二 、 二 氧 化 硅 與 光 導(dǎo) 纖 維 （ SiO2）1、 二 氧 化 硅 （ SiO2）(1)二 氧化 硅 存 在 結(jié) 晶 形 （ 石 英 晶 體 ）無(wú) 定 形 硅 藻 土 水 晶瑪 瑙二 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 。 二 、 二 氧 化 硅 與 光 導(dǎo) 纖 維 （ SiO2）（ 2） 物 理 性 質(zhì) ： 沸 點(diǎn) 高 、 硬 度 大 、 不 溶 于 水 、 不 導(dǎo) 電 的晶 體 討 論 ： 已 知 二 氧 化 硅 是 一 種 酸 性 氧化 物 ， 其 中 硅 的 化 合 價(jià) 為 4價(jià) ， 請(qǐng) 你 預(yù)測(cè) 二 氧 化 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 。(2) 價(jià) 態(tài) ： 中 Si顯 +4價(jià) 為 最 高 價(jià) 2、 二 氧 化 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì)（ 2) 具 有 弱 氧 化 性SiO 2 + 2C = Si + 2CO與 堿 性 氧 化 物 反 應(yīng) 生 成 鹽與 強(qiáng) 堿 反 應(yīng) 生 成 鹽 和 水 玻 璃 中 的 SiO2 與 NaOH 反 應(yīng)生 成 有 粘 膠 性 的 硅 酸 鈉學(xué) 以 致 用 答 ： HF能 腐 蝕 玻 璃 ， 因 此 ， 盛 裝 氫 氟 酸 不能 用 玻 璃 試 劑 瓶 而 要 用 塑 料 瓶 。 （ 3） 某 同 學(xué) 根 據(jù) 氫 氟酸 反 應(yīng) ,推 斷 （ 1） 為 什 么 在 實(shí) 驗(yàn) 室 中 盛 放 NaOH 溶 液 的 試 劑 瓶 用 橡 皮 塞 而 不 用 玻 璃 塞 ？ （ 2） 實(shí) 驗(yàn) 室 為 什 么 不 用 玻 璃 瓶 盛 裝 氫 氟 酸 ？錯(cuò) 誤 。 兩 性 氧 化 物 與 酸 、 堿 反 應(yīng) 生 成 鹽 和 水 水 晶 制 品 總 結(jié) SiO2 CO2所 屬 類 型物理性質(zhì) 色 態(tài)熔 沸 點(diǎn)硬 度溶 解 性化學(xué)性質(zhì) CO 2+2NaOH =Na2CO3+ 2OSiO2+2NaOH =Na2SiO3+ 2O高 溫SiO2+Na2O=Na2SiO3堅(jiān) 硬 難 熔 固 體高大不 溶 于 水 無(wú) 色 氣 體低小溶 于 水CO2+Na2O=Na2CO3酸 性 氧 化 物 酸 性 氧 化 物CO2+H 2O=H 2CO3 不 反 應(yīng)與 水 反 應(yīng)與 堿 反 應(yīng)與 堿 性 氧化 物 反 應(yīng) SiO2 + C = Si + 2CO高 溫 CO2 + C = 2CO高 溫氧 化 性 光 導(dǎo) 纖 維 硅 酸 凝 膠 經(jīng) 干 燥 脫 水 就 形 成 干 膠 ， 稱為 “ 硅 膠 ” 。、 干 燥 硅 膠 濕 硅 膠三 、 硅 酸 鹽 如 何 以 SiO2為 主 要 原 料 制 取 硅 酸 ?學(xué) 以 致 用 SiO2 H2SiO3Na2SiO3 1、 制 備 白 色 ， 膠 狀 ， 不 溶 于 水 的 物 質(zhì)酸 性 比 碳 酸 弱H 2SiO3 = SiO2 + 2H 2O強(qiáng) 酸 制 弱 酸 原 理 （ 酸 性 HClH2SiO3）H 2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H 2O 二 、 硅 酸 鹽1、 定 義 ：硅 酸 鹽 是 由 硅 、 氧 、 金 屬 元 素 組 成 的 化 合 物 的 總 稱 2、 物 理 性 質(zhì) ：硅 酸 鹽 種 類 很 多 ， 是 一 類 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 的 固 態(tài) 物 質(zhì) ，大 多 數(shù) 難 溶 于 水 ， 化 學(xué) 性 質(zhì) 很 穩(wěn) 定 。最 常 見(jiàn) 的 可 溶 性 硅 酸 鹽 是 Na2SiO3， K2SiO3 硅 酸 鈉 不 能 燃 燒 且 不 易 受 腐 蝕 ，見(jiàn) 自 主 學(xué) 習(xí) 叢 書(shū) 98頁(yè) “ 知 識(shí) 梳 理 （ 4） 硅 酸 鈉 ” 3.硅 酸 鹽 的 表 示 方 法 ：（ 見(jiàn) 自 主 學(xué) 習(xí) 叢 書(shū) 98頁(yè) “ 知 識(shí) 梳 理 ” ） 化 學(xué) 式 法 ： 適 用 于 簡(jiǎn) 單 的 硅 酸 鹽 如 ： Na2SiO3K2SiO3、 氧 化 物 法 ：活 潑 金 屬 氧 化 物 較 活 潑 金 屬 氧 化 物 二 氧 化 硅 水 。氧 化 物 前 系 數(shù) 配 置 原 則 ： 除 氧 元 素 外 ， 其 他 元 素 按 配 置前 后 原 子 個(gè) 數(shù) 守 恒 原 則 配 置 系 數(shù) （ 系 數(shù) 不 能 是 分 數(shù) ） 。硅 酸 鈉 ： Na2SiO3 Na2OSiO2 硅 酸 鈣 ： CaSiO 3 CaOSiO2高 嶺 石 ： Al2(Si2O5)(OH)4 正 長(zhǎng) 石 ： KAlSi3O8不 能 寫(xiě) 成 1/2 K2O 1/2Al2O33SiO2，Al2O32SiO22H2O K2OAl2O36SiO2 玻璃普 通 玻 璃 : Na2OCaO6SiO2 1、 主 要 原 料 ： 純 堿 、 石 灰 石 和 石 英 。3、 反 應(yīng) 原 理 ： 復(fù) 雜 的 物 理 、 化 學(xué) 變 化2、 生 產(chǎn) 過(guò) 程 ： 原 料 按 比 例 混 合 熔 化 成 型Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高 溫高 溫粉 碎 強(qiáng) 熱 添 加 劑 4、 玻 璃 的 主 要 成 分 ： Na2SiO3 、 CaSiO3 、 SiO2 5、 玻 璃 態(tài) 物 質(zhì) 玻 璃 沒(méi) 有 固定 的 熔 點(diǎn) 。 沒(méi) 有 一 定 的熔 點(diǎn) 而 在 某 一 溫度 范 圍 內(nèi) 逐 漸 軟化 的 物 質(zhì) 。 （ 介于 晶 體 與 非 晶 體之 間 。 ） 實(shí) 例特 性定 義玻璃態(tài)物質(zhì) 幾種常見(jiàn)玻璃簡(jiǎn)介 普 通 玻 璃 因 混 有 鐵 的 化 合 物 顯 淺 綠 色藍(lán) 玻 璃紅 玻 璃鉛 玻 璃 光 學(xué) 儀 器 玻 璃鋼 化 玻 璃光 纖 玻 璃 光 導(dǎo) 纖 維 ： 1964年 8月 華 裔科 學(xué) 家 高 錕 首 先 提 出 用 玻璃 纖 維 代 替 金 屬 導(dǎo) 線 ， 被譽(yù) 為 “ 纖 維 光 學(xué) 之 父 ” 。比 頭 發(fā) 絲 還 細(xì) 的 一 對(duì) 光 導(dǎo)纖 維 上 同 時(shí) 傳 送 3萬(wàn) 門(mén) 電 話且 中 繼 距 離 長(zhǎng) 達(dá) 2050K m， 保 密 性 能 好 。 在 原 料 里 加 入 某 些 金 屬 氧 化物 均 勻 地 分 散 到 玻 璃 態(tài) 物 質(zhì) 里 ，使 玻 璃 呈 現(xiàn) 出 特 征 顏 色 。 把 普 通 玻 璃 放 在電 爐 里 加 熱 ， 使 它 軟化 ， 然 后 急 速 冷 卻 ，得 到 鋼 化 玻 璃 。 其 機(jī)械 強(qiáng) 度 比 普 通 玻 璃 大46倍 ， 不 易 破 碎 。6、 幾 種 常 見(jiàn) 的 玻 璃 水泥以黏土和石灰石為主要原料 （ 2） 水 泥原 料 ： 黏 土 、 石 灰 石 、 石 膏設(shè) 備 ： 水 泥 回 轉(zhuǎn) 窯生 產(chǎn) 過(guò) 程 ： 原 料 生 料 熟 料 成 品條 件 ： 煅 燒主 要 成 份 ： 硅 酸 三 鈣 、 硅 酸 二 鈣 、 鋁酸 三 鈣 等磨 細(xì) 煅 燒 石 膏 粉水 泥 的 性 能 ： 水 泥 具 有 水 硬 性 。 （ 3） 陶 瓷原 料 ： 黏 土條 件 ： 高 溫 燒 結(jié)生 產(chǎn) 過(guò) 程 ： 混 合 成 型 干 燥 燒 結(jié) 冷 卻 描 述 景 德 鎮(zhèn) 的陶 瓷 有 這 樣 一句 話 :薄 如 紙 ,聲如 磬 ,色 如玉 . 產(chǎn)品 主 要 原 料 主 要 設(shè) 備 反 應(yīng)條 件 主 要 成 分水泥 粘 土 、 石 灰石 、 石 膏 水 泥 回 轉(zhuǎn) 窯 高 溫 硅 酸 三 鈣 ：3CaOSiO2硅 酸 二 鈣 ：2CaOSiO2鋁 酸 三 鈣 ：CaOAl2O3玻璃 純 堿 、 石 灰石 、 石 英 玻 璃 窯 高 溫 Na2SiO3 、 CaSiO3 、 SiO 2 硅 酸 鹽 產(chǎn) 品 簡(jiǎn) 介 新 型 無(wú) 機(jī) 非 金 屬 材 料 的 優(yōu) 點(diǎn) ：1、 能 承 受 高 溫 ， 強(qiáng) 度 高2、 具 有 電 學(xué) 特 性3、 具 有 光 學(xué) 特 性4、 具 有 生 物 功 能 玻 璃 刀 玻 璃 刀 輪 片紅 寶 石 為 軸 的 雷 達(dá) 表 人 造 金 剛 石 鋸 片 新 型 無(wú) 機(jī) 非 金 屬 材 料 之 一 ：高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷 、 壓 電 陶 瓷新 型 陶 瓷 透 明 陶 瓷 、 超 導(dǎo) 陶 瓷 等 79 科 學(xué) 視 野 ： 新 型 陶 瓷 、 高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷 、 壓 電 陶 瓷 、 生 物 陶 瓷 、 超 導(dǎo) 陶 瓷 航 天 飛 機(jī)高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷 的 應(yīng) 用資 料 :兩年半前，正是由于塑料泡沫部件在發(fā)射時(shí)撞壞了一片防熱瓦，導(dǎo)致美國(guó)的“哥倫比亞”號(hào)返航時(shí)在空中解體。 高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷 之 所 以 在 航 天 事 業(yè) 上 的 有如 此 優(yōu) 秀 的 表 現(xiàn) ,因 為 它 具 有 耐 高 溫 、 耐氧 化 、 超 強(qiáng) 、 超 硬 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 它 可 以 在 各種 惡 劣 環(huán) 境 下 使 用 ， 同 時(shí) ， 也 是 制 造 汽車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 噴 氣 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 理 想 材 料 ， 可以 大 大 提 高 能 源 的 利 用 率 ， 可 以 使 汽 車跑 得 更 快 ， 飛 機(jī) 飛 得 更 高 。高 溫 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷 的 應(yīng) 用 超 導(dǎo) 陶 瓷 ： 所 謂 超 導(dǎo) 現(xiàn) 象 就 是 金 屬 的 電 阻 隨 溫 度 的 升高 而 增 大 ， 當(dāng) 金 屬 的 溫 度 降 低 時(shí) ， 它 的 電阻 減 小 ,當(dāng) 溫 度 降 到 -269 （ 液 氮 溫 度 ， 為4K） 左 右 時(shí) ， 水 銀 的 電 阻 變 為 零 ， 這 種 現(xiàn)象 叫 超 導(dǎo) 現(xiàn) 象 我 國(guó) 研 制 的 超 導(dǎo) 陶 瓷 的 臨 界 溫 度 為 77K， 處于 世 界 領(lǐng) 先 水 平 。 超 導(dǎo) 陶 瓷 生 物 陶 瓷 這 種 陶 瓷 強(qiáng) 度 大 ,韌 性 好 ,與 人 體 親 和 力好 ， 目 前 它 是 人 體 骨 骼 和 牙 齒 的 重 要移 植 材 料 。 在 這 一 領(lǐng) 域 我 國(guó) 處 于 世 界 領(lǐng) 先 水 平 。 壓 電 陶 瓷 利 用 陶 瓷 ， 還 可 實(shí) 現(xiàn) 多 種 功 能 互 換 。如 安 放 在 打 火 機(jī) 中 的 壓 電 陶 瓷 ， 一 經(jīng)敲 打 即 刻 產(chǎn) 生 一 個(gè) 電 火 花 ， 將 機(jī) 械 能轉(zhuǎn) 變 成 電 能 。 材 料 是 社 會(huì) 發(fā) 展 和 人 類 進(jìn) 步 的一 種 標(biāo) 志 材 料 科 學(xué) 和 工 程 是 人 類 科 技 文 明 生 活和 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 的 推 動(dòng) 器 ， 新 材 料 的 發(fā)現(xiàn) 和 它 的 廣 泛 應(yīng) 用 常 常 會(huì) 帶 來(lái) 社 會(huì) 生產(chǎn) 的 變 革 和 新 興 產(chǎn) 業(yè) 的 出 現(xiàn) 比 如 硅 的 出 現(xiàn) 就 引 發(fā) 了 現(xiàn) 代 信 息 產(chǎn) 業(yè)的 一 場(chǎng) 革 命 材 料 是 社 會(huì) 發(fā) 展 和 人 類 進(jìn) 步 的一 種 標(biāo) 志 材 料 科 學(xué) 和 工 程 是 人 類 科 技 文 明 生 活和 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 的 推 動(dòng) 器 ， 新 材 料 的 發(fā)現(xiàn) 和 它 的 廣 泛 應(yīng) 用 常 常 會(huì) 帶 來(lái) 社 會(huì) 生產(chǎn) 的 變 革 和 新 興 產(chǎn) 業(yè) 的 出 現(xiàn) 比 如 硅 的 出 現(xiàn) 就 引 發(fā) 了 現(xiàn) 代 信 息 產(chǎn) 業(yè)的 一 場(chǎng) 革 命