高中化學(xué) 二氧化硅和硅酸 新人教必修PPT課件

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1、第1頁/共60頁n內(nèi)容概述n本章是高中化學(xué)集中介紹非金屬知識的首章，它是對初中化學(xué)中的碳、氫、氧知識的總結(jié)，同時又以鹵素為代表介紹非金屬的典型結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途與制法，具有承上啟下的作用。n本章共分四節(jié)，分別討論幾種重要的非金屬硅、氯、硫、氮及其化合物的重要性質(zhì)，是無機化學(xué)的重要內(nèi)容，也是與生產(chǎn)、生活及新科技密切聯(lián)系的內(nèi)容，是考試中考查其他理論知識的平臺。每一部分都與現(xiàn)實生活聯(lián)系密切。第2頁/共60頁n氯是典型的非金屬元素，其特征性質(zhì)是強氧化性，它能夠氧化除金、鉑以外的絕大多數(shù)金屬，能與水、堿等化合物發(fā)生反應(yīng)，可以將比它活潑性稍差的非金屬從其鹽或無氧酸中置換出來。n硫和氮的氧化物、硫酸和硝酸、氨

2、是生產(chǎn)和生活中重要的化合物，與人類生產(chǎn)和生活密切相關(guān)；硅則是信息材料的基礎(chǔ)原料與材料，是當今社會不可缺少的重要材料。n學(xué)習(xí)中，要非常重視特性的學(xué)習(xí)。特性往往是一種物質(zhì)的利用價值所在，也是考試的考查重點。 第3頁/共60頁n重點難點n重點：n1SiO2的性質(zhì)。n2Cl2的化學(xué)性質(zhì)。n3SO2與水的反應(yīng)。n4NO2與水的反應(yīng)。n5SO2和NO2對大氣的污染。n6濃H2SO4、HNO3的氧化性。n7氨的化學(xué)性質(zhì)。 第4頁/共60頁n難點：n1硅酸鹽的豐富性和多樣性。n2Cl2與水的反應(yīng)，Cl2與NaOH的反應(yīng)。n3可逆反應(yīng)，NO2與水的反應(yīng)。n4濃H2SO4、HNO3的氧化性。 第5頁/共60頁n課

3、標解讀n1了解硅在元素周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)特點及重要用途。n2掌握SiO2、H2SiO3的化學(xué)性質(zhì)，了解硅酸鹽的性質(zhì)、用途及無機非金屬材料：水泥、玻璃、陶瓷等的用途。n3了解Cl的原子結(jié)構(gòu)，掌握Cl2、HClO的化學(xué)性質(zhì)及用途。第6頁/共60頁n4掌握Cl的檢驗方法，了解鹵素單質(zhì)的活潑性及鹵化物的用途。n5掌握硫、氮的氧化物的性質(zhì)，了解它們對環(huán)境的危害。n6掌握濃H2SO4、濃HNO3的化學(xué)性質(zhì)。n7掌握NH3和銨鹽的性質(zhì)、用途及NH3的實驗室制法。n8了解氮循環(huán)對生態(tài)平衡的重要作用。了解某些污染物的來源、性質(zhì)和危害，體會化學(xué)對環(huán)境保護的重要意義，培養(yǎng)關(guān)注社會的意識和責(zé)任感。第7頁/共60

4、頁n學(xué)法點撥n1強化結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途的研究模式，運用結(jié)構(gòu)理論指導(dǎo)元素化合物的學(xué)習(xí)。n2注意對知識的歸納、對比和遷移。Cl2是鹵素的一種重要單質(zhì)，通過對Cl2的學(xué)習(xí)，找出與其他鹵素單質(zhì)的相似性和差異性，求同存異，強化對非金屬元素化合物知識的整體性、規(guī)律性的認識。第8頁/共60頁n3重視理論與社會、生活、生產(chǎn)和科技的聯(lián)系?；瘜W(xué)“三廢”的排放直接影響我們生活環(huán)境的好壞，影響人類生活的品質(zhì)，要運用所學(xué)到的知識去保護我們賴以生存的環(huán)境，構(gòu)建人與自然的和諧社會。n4重視化學(xué)實驗。通過實驗提高實驗設(shè)計能力、動手能力、分析問題和解決化學(xué)問題的能力。 第9頁/共60頁n第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅(共2課時)第10

5、頁/共60頁第11頁/共60頁第12頁/共60頁n光導(dǎo)纖維是一種能利用光的反射作用來傳導(dǎo)光線的透明度極高的細絲。以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的光纖通訊，是將要傳送的語言、圖像和數(shù)據(jù)信號等轉(zhuǎn)化為光信號，以光纖進行傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞健Ｋ朔寺曇粜盘柡蛨D像信號在銅絲或鋁絲這兩種傳統(tǒng)媒介中傳播損耗大的缺點，并節(jié)約了大量金屬資源。你知道光導(dǎo)纖維是什么材料制得的嗎？ 第13頁/共60頁n水晶的英文名稱為Crystal，別名晶石、水晶石。水晶是一種無色透明的石英結(jié)晶體礦物。目前，水晶飾品越來越多地受到關(guān)注。例如，一些水晶項鏈、手鏈等。水晶和沙子的主要成分都是SiO2，你知道SiO2具有怎樣的性質(zhì)嗎？ 第14頁/共60

6、頁n梳理導(dǎo)引n1硅元素的存在和硅原子的結(jié)構(gòu)n(1)硅元素的存在n在自然界中硅全部以_態(tài)存在，硅是構(gòu)成_和許多礦物的基本元素，在地殼中的含量僅次于_，達到_。_和_是硅的主要存在形式。第15頁/共60頁n(2)硅原子的結(jié)構(gòu)n硅原子的最外層上有_個電子，原子結(jié)構(gòu)示意圖為_，其原子既不易_電子又不易_電子，主要形成_的化合物。n2二氧化硅n(1)存在n地球上天然的二氧化硅也叫_，是一種堅硬難熔的固體，有_和_兩大類。石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅(SiO2)。 第16頁/共60頁n(2)結(jié)構(gòu)n二氧化硅晶體是由硅原子和氧原子構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶體中硅原子和氧原子的個數(shù)比為_，不存在單個的Si

7、O2分子。在SiO2晶體中，每個Si原子周圍結(jié)合_O，Si在_，氧原子在_，同時每個O與_Si相連，每個氧原子為_四面體共有。第17頁/共60頁n(3)物理性質(zhì)n二氧化硅是堅硬、難熔的固體，_溶于水，不導(dǎo)電，純凈的二氧化硅晶體無色透明。第18頁/共60頁n(4)化學(xué)性質(zhì)n酸性氧化物的性質(zhì)nA與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽，高溫下SiO2與 C a O 反 應(yīng) 的 方 程 式 為 ：_。nB與強堿反應(yīng)生成鹽和水，常溫下SiO2與N a O H 溶 液 反 應(yīng) 的 方 程 式 為 ：_。由于玻璃中含有SiO2，SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成的Na2SiO3會黏結(jié)玻璃，所以，盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，只

8、能用橡皮塞。第19頁/共60頁nC與碳酸鹽在高溫下反應(yīng)，SiO2與CaCO3、N a2C O3反 應(yīng) 的 方 程 式 分 別 為 ：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ；_。n 與 氫 氟 酸 反 應(yīng) ， 反 應(yīng) 的 方 程 式 為 ：_，此反應(yīng)可用于玻璃上雕刻。n弱氧化性，SiO2高溫下與C作用可制取粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_。第20頁/共60頁n3硅酸n(1)制備n硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性_，通常用_和其他酸性比硅酸強的酸反應(yīng)制得。Na2SiO3的水溶液俗稱_，常用作黏合劑。往Na2SiO3溶液中加入HCl，能制得硅酸，

9、反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。第21頁/共60頁n(2)性質(zhì)及用途n硅酸可與強堿反應(yīng)生成_和_。硅酸溶于NaOH溶液的反應(yīng)方程式為_。n硅酸的熱穩(wěn)定性差，受熱易分解，方程式為_。n硅酸濃度較小時可逐漸聚合成膠體溶液_，濃度較大時可形成_的_。_經(jīng)干燥脫水后得到多孔的_，稱為_。硅膠多孔，吸附能力強，常用作_和_。第22頁/共60頁n參考答案：n1(1)化合巖石氧26.3%硅的氧化物n硅酸鹽n(2) 失去得到四價n2(1)硅石結(jié)晶形無定形(2)124個四面體的中心4個頂點2個2個(3)不：第23頁/共60頁第24頁/共60頁n3(1)弱可溶性硅酸鹽水玻璃nNaSiO32HCl=2NaClH2SiO3n(

10、2)鹽水nH2SiO32NaOH=Na2SiO3H2OnH2SiO3 SiO2H2On硅酸溶膠軟而透明膠凍狀硅酸凝膠硅的凝膠硅酸干凝膠硅膠干燥劑催化劑的載體第25頁/共60頁n問題探究n1根據(jù)二氧化硅的存在和應(yīng)用，請你分析以下問題：SiO2具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？n提示：物理性質(zhì)：熔點高、硬度大。n化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外一般不與其他酸反應(yīng)，可以與強堿如NaOH等反應(yīng)，屬于酸性氧化物。SiO2的這些性質(zhì)主要和它的結(jié)構(gòu)有關(guān)。SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。 第26頁/共60頁n2如何理解二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)？n提示：每個O原子周圍連接著2個Si

11、原子，成直線型。每個Si原子周圍連接著4個O原子，構(gòu)成以Si原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，4個O原子分別位于正四面體的4個頂點上(虛線示型。)n第27頁/共60頁n每個Si原子通過O原子與周圍的4個Si原子連接著，形成1個大的正四面體(虛線示型)： 第28頁/共60頁第29頁/共60頁n細品教材n1存在n二氧化硅廣泛存在于自然界中，天然二氧化硅稱為硅石，約占地殼質(zhì)量的12%，其存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩種，石英晶體和水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅。n空氣中存在體積分數(shù)約為0.03%的二氧化碳，近年來空氣中二氧化碳的含量呈上升趨勢，主要原因是人類在生產(chǎn)活動中大量地消耗燃料和破壞森林植被，從而導(dǎo)致了

12、自然界的“溫室效應(yīng)”。 第30頁/共60頁n2結(jié)構(gòu)n二氧化碳是直線型分子，結(jié)構(gòu)式為O=C=O，而二氧化硅是含有SiO4四面體結(jié)構(gòu)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在單個的二氧化硅分子。 第31頁/共60頁n3性質(zhì)和用途比較二氧化硅二氧化碳物理性質(zhì)堅硬難熔的固體，不溶于水，純凈的二氧化硅晶體無色透明無色無味的氣體，通常情況下，1體積水約溶解1體積的二氧化碳，加壓或降溫會導(dǎo)致二氧化碳在水中的溶解度增大；固態(tài)的二氧化碳又叫干冰，易升華第32頁/共60頁二氧化硅二氧化碳化學(xué)性質(zhì)相同點都很穩(wěn)定，但二氧化硅比二氧化碳更穩(wěn)定；均為酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性：CO22NaOH=Na2CO3H2O，SiO22Na

13、OH=Na2SiO3H2O；盛強堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，原因就是玻璃中含有二氧化硅，磨砂玻璃遇到強堿溶液時，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成了硅酸鈉，由于Na2SiO3溶液有良好的黏結(jié)性，而使瓶口與瓶塞黏在一起難以開啟(但未進行磨砂處理的玻璃在常溫下是不能被強堿腐蝕的)；均有弱氧化性：SiO22C Si2CO，CO2C 2CO第33頁/共60頁二氧化硅二氧化碳化學(xué)性質(zhì)不同點二氧化硅能溶于氫氟酸SiO24HF=SiF42H2O故氫氟酸不能盛放在玻璃試劑瓶中二氧化碳與水反應(yīng)：CO2H2OH2CO3，而二氧化硅不能；與過氧化鈉的反應(yīng)：2Na2O22CO2=2Na2CO3O2第34頁/共60頁二氧化硅二

14、氧化碳用途與危害用途：制光導(dǎo)纖維、石英玻璃、石英表、石英鐘、光學(xué)儀器、石英坩堝，制作裝飾品等危害：人長期吸入含有二氧化硅的粉塵，會患硅肺病(舊稱矽肺)用途：用做滅火劑(但不能撲滅鈉等金屬燃燒引起的火災(zāi))；制純堿、尿素；制汽水等碳酸型飲料；干冰作制冷劑和人工降雨劑；二氧化碳可用做溫室中植物的“氣肥”(光合作用)危害：人處在高濃度的二氧化碳環(huán)境中可能會窒息，嚴重時會死亡，空氣中二氧化碳的含量過高會引起“溫室效應(yīng)”而發(fā)生自然災(zāi)害第35頁/共60頁n典例精析n【例1】關(guān)于二氧化硅，下列敘述不正確的是()nA水晶的成分是二氧化硅nB二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別nC二氧化硅不溶于水，也不能跟水

15、反應(yīng)生成酸nD二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸起反應(yīng)第36頁/共60頁n【解析】水晶、瑪瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶體不溶于水，也不能與水反應(yīng)生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸鹽與酸的反應(yīng)；SiO2雖然是酸性氧化物，但它可以與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，這是它的特性，氫氟酸可用于刻蝕玻璃就是利用了這一性質(zhì)；CO2在通常狀況下為氣體，與SiO2物理性質(zhì)相差很大。n【答案】D第37頁/共60頁n【點拔】對元素化合物的性質(zhì)既要注意其通性，也要記熟其特殊性，如SiO2與氫氟酸的反應(yīng)。這樣對解決問題很有幫助。第38頁/共60頁n【例2】指出下列反應(yīng)中SiO

16、2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在AE選項中選擇正確的答案填入括號內(nèi)。第39頁/共60頁nA作為玻璃的成分被消耗而用于雕刻nB氧化性nC酸性氧化物的通性nD將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來nE氧化還原反應(yīng)中Si的化合價沒變第40頁/共60頁n【解析】A用來雕刻玻璃，只有氫氟酸能溶解SiO2；B中氧化性是指SiO2中Si的化合價降低；C中酸性氧化物都能與堿反應(yīng)；D項所指“揮發(fā)性酸酐”，只能是CO2；E中前提是氧化還原反應(yīng)，即其他元素的化合價變了而硅的化合價沒變。n【答案】(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A第41頁/共60頁n【點拔】SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。 第42頁/共60頁n

17、二氧化硅是酸性氧化物的原因是()nA它溶于水得相應(yīng)的酸nB它對應(yīng)的水化物是可溶性強酸nC它與強堿溶液反應(yīng)只生成鹽和水nD它是非金屬氧化物n【答案】Cn【解析】判斷酸性氧化物的方法是氧化物與堿反應(yīng)只生成鹽和水。第43頁/共60頁nA、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示。A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。第44頁/共60頁n請?zhí)羁眨簄(1)形成單質(zhì)A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_，它的最高化合價為_。n(2)B的化學(xué)式(分子式)為_，B和碳反應(yīng) 生 成 A 和 E 的 化 學(xué) 方 程 式 是_。n(3)C的化學(xué)式(分子式)為_，D的化學(xué)式(分子式

18、)為_。第45頁/共60頁n【答案】 第46頁/共60頁n細品教材n1硅酸n二氧化硅對應(yīng)的水化物是硅酸，即二氧化硅是硅酸的酸酐。與一般的酸相比，硅酸的組成與結(jié)構(gòu)都復(fù)雜得多，常用化學(xué)式H2SiO3來簡單地表示硅酸。n硅酸為白色固體，難溶于水。其酸性極弱，比碳酸還弱，只能與強堿反應(yīng)，例如第47頁/共60頁n硅酸的熱穩(wěn)定性很弱，受熱分解為二氧化硅和水n硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”，可做干燥劑，也可以用作催化劑的載體。第48頁/共60頁n2碳酸n二氧化碳對應(yīng)的水化物是碳酸(H2CO3)，二氧化碳是碳酸的酸酐。碳酸的酸性很弱(但比H2SiO3強)，且很不穩(wěn)定。nH2CO3=H2OCO2

19、n因此，有關(guān)碳酸的化學(xué)反應(yīng)通常用二氧化碳和水來代替。第49頁/共60頁n3硅酸性質(zhì)的探究n實驗原理：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。n實驗步驟：在飽和Na2SiO3溶液中逐滴加入12滴酚酞，再逐滴加入稀鹽酸，溶液紅色變淺直至消失，停止加入，可以看到先生成的H2SiO3逐漸聚合而形成膠體溶液硅酸溶液。n實驗現(xiàn)象：加入酚酞后，溶液變紅，再滴入稀鹽酸，紅色變淺，繼續(xù)加入稀鹽酸，紅色消失，有白色膠狀沉淀生成。n實驗結(jié)論：Na2SiO3的水溶液呈堿性。nNa2SiO3溶液能夠與稀鹽酸反應(yīng)生成硅酸。nH2SiO3膠體最終凝聚成為H2SiO3沉淀。第50頁/共60頁n典例精析n【例3】能證明

20、碳酸化硅酸酸性強的實驗是()nACO2溶于水生成碳酸，而SiO2不溶于水nB高溫時發(fā)生反應(yīng)：nC碳酸比硅酸受熱易分解nD將CO2通入Na2SiO3的水溶洲中有白色膠狀沉淀生成第51頁/共60頁n【解析】CO2能與Na2SiO3溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，利用的是較強酸H2CO3制取較弱酸H2SiO3的原理。n【答案】D第52頁/共60頁n【點撥】請注意！D項反應(yīng)為Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3，這與B項反應(yīng)并不矛盾！因為B項反應(yīng)之所以發(fā)生，主要原因是在高溫條件下，可理解為Na2CO3分解為Na2O和CO2，CO2逸出，使Na2O與SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3。 第53頁/共60

21、頁n下列關(guān)于硅酸的說法正確的是()nA硅酸可以由SiO2和水通過化合反應(yīng)直接制得nB由反應(yīng)Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質(zhì)nC因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)nD干燥劑“硅膠”的主要化學(xué)成分是硅酸n【答案】Dn【解析】SiO2不能與水直接反應(yīng)生成硅酸，A錯。B中反應(yīng)是利用了強酸制弱酸的性質(zhì)，B錯。硅酸雖難溶于水，但可與強堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，C錯。第54頁/共60頁n資料備選n造房子用的磚、瓦、砂石、水泥、玻璃，吃飯、喝水用的瓷碗、水杯，洗手間的潔具，它們看上去截然不同，其實主要成分都是硅的化合物。雖然人們早在遠古時代便使用硅

22、的化合物黏土制造陶器。但直到1823年，瑞典化學(xué)家貝采尼烏斯才首次分離出硅元素，并將硅在氧氣中燃燒生成二氧化硅，確定硅為一種元素。第55頁/共60頁n中國曾稱它為矽，因和錫同音，難于分辨，故于1953年將矽改稱為硅。它是構(gòu)成礦物與巖石的主要元素。在自然界硅無游離態(tài)，都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅(硅石)和硅酸鹽。例如，花崗巖是由石英、長石、云母混合組成的，石英即是二氧化硅的一種形式，長石和云母是硅酸鹽。n沙子和砂巖是不純硅石的變體，是天然硅酸鹽巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物。第56頁/共60頁n硅是非金屬元素，有無定形和晶體兩種同素異形體，晶體硅具有金屬光澤和某些金屬特性，因此常被稱為準金屬元素

23、。n硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，摻微量雜質(zhì)的硅單晶可用來制造大功率晶體管、整流器和太陽能電池等。二氧化硅(硅石)是最普遍的化合物，在自然界中分布極廣，構(gòu)成各種礦物和巖石。第57頁/共60頁n最重要的晶體硅石是石英。大而透明的石英晶體叫水晶，黑色幾乎不透明的石英晶體叫墨晶。石英的硬度為7。石英玻璃能透過紫外線，可以用來制造汞蒸氣紫外光燈和光學(xué)儀器。n自然界中還有無定形的硅石，叫做硅藻土，常用作甘油炸藥(硝化甘油)的吸附體，也可作絕熱、隔音材料。n普通的沙子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。n硅酸干燥脫水后的產(chǎn)物為硅膠，它有很強的吸附能力，能吸收各種氣體，因此常用來作吸附劑、干燥劑和部分催化劑的載體。第58頁/共60頁第59頁/共60頁感謝您的觀看。感謝您的觀看。第60頁/共60頁