第1節(jié)硅無機非金屬材料

1、第第4 4章章 材料家族中的元素材料家族中的元素第第1 1節(jié)節(jié) 硅硅 無機非金屬材料無機非金屬材料常見存在物質(zhì)形式：常見存在物質(zhì)形式：一、硅一、硅存在形態(tài)：存在形態(tài)： 無游離態(tài)，只有化合態(tài)無游離態(tài)，只有化合態(tài)二氧化硅二氧化硅和和硅酸鹽硅酸鹽同素異形體同素異形體晶體硅晶體硅由同種元素組成的由同種元素組成的性質(zhì)不同的單質(zhì)性質(zhì)不同的單質(zhì)無定形硅無定形硅氧氧48.60%48.60%硅硅26.30%26.30%鋁鋁7.73%7.73%鐵鐵4.75%4.75%鈣鈣3.45%3.45%鈉鈉2.74%2.74%鉀鉀2.47%2.47%鎂鎂2.00%2.00%氫氫0.76%0.76%其他其他1.20%1.20%

2、硅元素在地殼中的含量硅元素在地殼中的含量含量僅含量僅次于氧次于氧觀察硅單質(zhì)的實物圖片，總結硅的物理性質(zhì)觀察硅單質(zhì)的實物圖片，總結硅的物理性質(zhì)1.1.物理性質(zhì)物理性質(zhì)灰黑色、灰黑色、有金屬光澤有金屬光澤固體固體大大高高介于導體介于導體和絕緣體和絕緣體之間之間碳族元素在元素周期表中的位置碳族元素在元素周期表中的位置最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4 4，碳也是。，碳也是。3.3.碳、硅原子主要顯幾價？碳、硅原子主要顯幾價？正四價（正四價（+4+4價）價）1.1.硅原子最外層電子數(shù)是多少？硅原子最外層電子數(shù)是多少？2.2.我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與硅相同？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與硅相同

3、？2.2.化學性質(zhì)化學性質(zhì)（1 1）常溫下）常溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定化學性質(zhì)穩(wěn)定, ,不易與不易與H H2 2、O O2 2、ClCl2 2、硫酸、硝酸、鹽酸等物、硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應質(zhì)反應, ,只與強堿、氫氟酸、氟氣反應只與強堿、氫氟酸、氟氣反應Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O = NaO = Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2FSi+2F2 2 = SiF = SiF4 4Si+4HF = SiFSi+4HF = SiF4 4+2H+2H2 2與氫氧化鈉與氫氧化鈉與與F F2 2與與HFHF(2)(2)加熱加熱Si+OSi+O2 2 = SiO= SiO

4、2 2（燃燒，放出大量的熱）（燃燒，放出大量的熱）Si+2ClSi+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 4高溫高溫（粗硅）（粗硅）SiOSiO2 2 +2C = Si + 2CO +2C = Si + 2CO高溫高溫3.3.硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法( (粗硅粗硅) )粗硅提純：粗硅提純：高溫高溫 Si+2Cl Si+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 4高溫高溫SiClSiCl4 4+2H+2H2 2 = Si+4HCl= Si+4HCl （高純硅）（高純硅）硅芯片、大規(guī)模集成電路及相硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應的計算機技術都需要有高純應的計算機技術都需要有高純度的硅才能實現(xiàn)，所以

5、需要對度的硅才能實現(xiàn)，所以需要對粗硅進行提純粗硅進行提純（粗硅）（粗硅）最早使用的半導體材料是最早使用的半導體材料是鍺鍺，現(xiàn)在最廣泛使用的，現(xiàn)在最廣泛使用的半導體材料是半導體材料是硅硅。4.4.硅的用途硅的用途（1 1）硅）硅芯片；芯片；半導體材料半導體材料導電能力介于導體和絕緣導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料體之間的一類材料（2 2）制）制集成電路、晶體管、集成電路、晶體管、硅整流器等半導體材料。硅整流器等半導體材料。（3 3）含硅）含硅4%4%的鋼可制的鋼可制變壓器鐵芯。變壓器鐵芯。（4 4）含硅）含硅15%15%的鋼具有耐酸性，制的鋼具有耐酸性，制耐酸設備。耐酸設備。太陽能電池太陽

6、能電池電腦的中央處理器（電腦的中央處理器（CPUCPU）硅光電池硅光電池大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路硅石硅石硅礦山硅礦山二、二氧化硅二、二氧化硅1.1.二氧化硅的存在二氧化硅的存在在自然界主要存在于在自然界主要存在于水晶、石英水晶、石英和和沙子沙子等物質(zhì)中等物質(zhì)中純凈的二氧化純凈的二氧化硅俗稱水晶硅俗稱水晶2. 2. 物理性質(zhì)物理性質(zhì)無色無色高高大大不溶于水不溶于水不導電不導電與燒堿溶液反應與燒堿溶液反應 SiO SiO2 2+2NaOH = Na+2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+CaO = CaSiO+CaO = CaSiO3 3 高溫高溫

7、（1 1）酸性氧化物）酸性氧化物3.3.化學性質(zhì)化學性質(zhì)與氧化鈣反應與氧化鈣反應（2 2）與碳酸鹽反應）與碳酸鹽反應SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3 = CO= CO2 2+Na+Na2 2SiOSiO3 3高溫高溫SiOSiO2 2+CaCO+CaCO3 3 = CO= CO2 2+CaSiO+CaSiO3 3高溫高溫（3 3）不與酸反應（除氫氟酸以外）不與酸反應（除氫氟酸以外）SiOSiO2 2 + 4HF = SiF+ 4HF = SiF4 4+ 2H+ 2H2 2O O（4 4）弱氧化性）弱氧化性SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO高溫高

8、溫均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物COCO2 2 + CaO = CaCO+ CaO = CaCO3 3COCO2 2 + 2NaOH =+ 2NaOH = Na Na2 2COCO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2 + 2NaOH =+ 2NaOH = Na Na2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O OCOCO2 2 + H+ H2 2O = HO = H2 2COCO3 3不反應不反應不反應不反應SiOSiO2 2 + 4HF =+ 4HF = SiF SiF4 4+ 2H+ 2H2 2O O二氧化硅與二氧化碳的區(qū)別和聯(lián)系二氧化硅與二氧化碳的區(qū)別和聯(lián)系CaO + SiO

9、CaO + SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3高溫高溫4.4.用途用途(1)(1)沙子是基本的建筑材料。沙子是基本的建筑材料。(2)(2)純凈的純凈的SiOSiO2 2是現(xiàn)代光學及光是現(xiàn)代光學及光纖制品的基本原料，可以制作纖制品的基本原料，可以制作光導纖維。光導纖維。(3)(3)石英和瑪瑙制作飾物和工石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。藝品。硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，硅酸鹽是結構復雜的固態(tài)化合物，一般都不溶于水。硅酸鹽是結構復雜的固態(tài)化合物，一般都不溶于水。1.1.含義含義三、硅酸鹽三、硅酸鹽2.2.硅酸鈉（硅酸鈉（NaN

10、a2 2SiOSiO3 3）最簡單的硅酸鹽最簡單的硅酸鹽硅酸的制備：硅酸的制備：較強酸和可溶性硅酸鹽反應制硅酸較強酸和可溶性硅酸鹽反應制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常溫分解常溫分解受熱分解受熱分解3.3.關于硅酸鹽說明關于硅酸鹽說明（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）硅酸鈉俗稱泡花堿；它的水溶液俗稱水玻璃，是）硅酸鈉俗

11、稱泡花堿；它的水溶液俗稱水玻璃，是一種粘合劑；一種粘合劑；（3 3）硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用作肥皂填料、）硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用作肥皂填料、木材防火劑等木材防火劑等 。因因NaOHNaOH會與玻璃的主要成分會與玻璃的主要成分SiOSiO2 2反應，反應，生成的生成的NaNa2 2SiOSiO3 3溶液會使瓶塞與瓶壁粘溶液會使瓶塞與瓶壁粘連在一起。因此保存連在一起。因此保存NaOHNaOH溶液時不能溶液時不能使用玻璃塞使用玻璃塞四、硅酸鹽工業(yè)四、硅酸鹽工業(yè)無無機機非非金金屬屬材材料料硅硅酸酸鹽鹽產(chǎn)產(chǎn)品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃1.1.分類分類1.1.玻璃玻璃純堿、石灰石和石英純

12、堿、石灰石和石英NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2玻璃無固定的熔沸點玻璃無固定的熔沸點NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + CO+ CO2 2CaCOCaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO + CO2 2高溫高溫 高溫高溫 2.2.水泥水泥 水泥、沙子水泥、沙子和水和水水泥、沙子水泥、沙子和碎石和碎石黏土和石灰石黏土和石灰石硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaOSiO(3CaOSiO2 2) )硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaOSiO(2CaOSiO2

13、 2) ) 鋁酸三鈣鋁酸三鈣(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3) )水硬性水硬性水泥砂漿水泥砂漿混凝土、混凝土、3.3.陶瓷陶瓷 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。成型等許多優(yōu)點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。家用陶瓷家用陶瓷隋代燒制的三彩隋代燒制的三彩陶駱駝陶駱駝1.1.新型無機非金屬材料的特征新型無機非金屬材料的特征五、新型無機非金屬材料五、新型無機非金屬材料（1 1）耐高溫、強度高；）耐高溫、強度高；（2 2）具有電學性質(zhì)；）具有電學性質(zhì)；（3 3）具有光學性質(zhì)；）具有光學

14、性質(zhì)；（4 4）具有生物功能。）具有生物功能。2.2.新型陶瓷新型陶瓷高溫結構陶瓷、壓電陶瓷高溫結構陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導陶瓷等透明陶瓷、超導陶瓷等材料家材料家族中的族中的元素元素硅及其化合物硅及其化合物材料材料硅單質(zhì)的存在、性質(zhì)、用途硅單質(zhì)的存在、性質(zhì)、用途SiOSiO2 2的性質(zhì)、用途的性質(zhì)、用途無機非金屬材料無機非金屬材料金屬材料金屬材料復合材料復合材料傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料金、銀、銅、合金金、銀、銅、合金1.1.下列關于硅的敘述，不正確的是（下列關于硅的敘述，不正確的是（ ）A.A.硅是非金屬元素，但其單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體

15、硅是非金屬元素，但其單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B.B.硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料料C.C.硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應D.D.當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質(zhì)當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質(zhì)反應反應C C2.2.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.NaA.Na2 2COCO3 310H10H2 2O O B.B.水泥水泥C.C.純凈的鹽酸純凈的鹽酸 D.D.普通玻璃普通玻璃A A3.3.下列關于下列關于SiSi的化學性質(zhì)敘述正確的是（的化學性質(zhì)敘述正確的是（ ）A.A.常溫下能與任何酸反應常溫下能與任何酸反應B.B.常溫下可與強堿溶液反應常溫下可與強堿溶液反應C.C.常溫下可與氧氣反應常溫下可與氧氣反應D.D.常溫下不與任何