無機非金屬材料硅

1、無機非金屬材料的主角硅引言：你知道硅谷嗎？引言：你知道硅谷嗎？ 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū), ,電子技術(shù)研究中心電子技術(shù)研究中心, ,計算計算機生產(chǎn)的重要基地機生產(chǎn)的重要基地, ,位于加利福尼亞州圣弗朗西位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端斯科南端. .一、硅一、硅1. 存在和狀態(tài)：存在和狀態(tài)：(1)硅在自然界的存在：氧化物、硅酸硅在自然界的存在：氧化物、硅酸鹽，無游離態(tài)存在。鹽，無游離態(tài)存在。原因：親氧元素原因：親氧元素(2) 兩種同素異形體：晶體硅和無定兩種同素異形體：晶體硅和無定 形硅。形硅。2. 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體，

2、熔沸點較高。熔沸點較高。3. 3. 化學性質(zhì)化學性質(zhì)不活潑不活潑常溫下，硅的化學性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、常溫下，硅的化學性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、氟氣、強堿外不跟其他物質(zhì)反應(yīng)。氟氣、強堿外不跟其他物質(zhì)反應(yīng)。 Si+2F Si+2F2 2=SiF=SiF4 4 Si+4HF=SiF Si+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2 Si+2NaOH+H Si+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2注：其它氧化劑，如注：其它氧化劑，如ClCl2 2、O O2 2、H H2 2SOSO4 4 、 HNOHNO3 3 等常溫下都不與硅起反應(yīng)。等常溫下都不與硅起反應(yīng)。 Si

3、+2F2=SiF44 4、硅的制備、硅的制備(1) (1) 工業(yè)上制粗硅工業(yè)上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂石英砂 焦炭焦炭 電爐中電爐中 粗硅粗硅(2) (2) 由粗硅制純硅由粗硅制純硅 Si+2Cl Si+2Cl2 2 SiClSiCl4 4 Si+4HCl Si+4HCl SiClSiCl4 4+2H+2H2 2 （400 500 ）生成的生成的SiCl4SiCl4液體通過精餾除去其中的硼、砷等雜質(zhì)。液體通過精餾除去其中的硼、砷等雜質(zhì)。然后，用然后，用H H2 2還原還原SiCl4SiCl4：（3 3）純硅的制取）純硅的制取 利用反應(yīng)利用反應(yīng) SiOSiO2 2+2C=

4、 Si+2CO+2C= Si+2CO高溫高溫高溫高溫能得到不純的粗硅。粗硅需進行精制，才能得到高純度能得到不純的粗硅。粗硅需進行精制，才能得到高純度硅。硅。首先，使首先，使SiSi跟跟ClCl2 2起反應(yīng)：起反應(yīng)：Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4（400 400 500 500 ）生成的生成的SiClSiCl4 4液體通過精餾，除去其中的硼、砷等雜質(zhì)。液體通過精餾，除去其中的硼、砷等雜質(zhì)。然后，用然后，用H H2 2還原還原SiClSiCl4 4：SiClSiCl4 42H2H2 2= Si+4HClSi+4HCl這樣就可得到純度較高的多晶硅。這樣就可得到純度較高的多晶

5、硅。5. 5. 用途：用途：高純硅：半導(dǎo)體材料。高純硅：半導(dǎo)體材料。合合金金變壓器鐵芯變壓器鐵芯( (含硅含硅4%4%的鋼有的鋼有導(dǎo)磁性導(dǎo)磁性) )耐酸設(shè)備耐酸設(shè)備( (含硅含硅15%15%左右的鋼左右的鋼有耐酸性有耐酸性) )二氧化硅二氧化硅1 1、存在、存在 硅石硅石 石英石英 水晶水晶 瑪瑙瑪瑙分為分為: :晶體晶體( (石英和水晶石英和水晶) )和和無定形無定形( (硅藻土硅藻土) )瑪瑙瑪瑙水晶水晶晶體二氧化硅晶體二氧化硅硅藻土硅藻土中國硅藻土資源豐富。全國中國硅藻土資源豐富。全國1010個省個省( (區(qū)區(qū)) )有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲量的礦區(qū)有礦區(qū)有3543

6、54處，總保有儲量礦石處，總保有儲量礦石3.853.85億噸。僅次于美國，居世界第億噸。僅次于美國，居世界第2 2位。在地區(qū)分布上，以吉林最多，位。在地區(qū)分布上，以吉林最多，占全國儲量占全國儲量54.8%54.8%，云南、福建、，云南、福建、河北等地次之。河北等地次之。無定形二氧化硅無定形二氧化硅二、二氧化硅二、二氧化硅1.1.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：堅硬難熔的固體，不溶于水。堅硬難熔的固體，不溶于水。2. 2. 化學性質(zhì)：化學性質(zhì)：十分穩(wěn)定十分穩(wěn)定(1) (1) 酸性氧化物：但是不溶于水，也酸性氧化物：但是不溶于水，也 不與水反應(yīng)。不與水反應(yīng)。 (2) 常溫與強堿、氫氟酸反應(yīng)常溫與強堿、氫氟酸反

7、應(yīng)CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2 高溫高溫( (所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOHNaOH、KOHKOH、NaNa2 2COCO3 3、NaNa2 2SiOSiO3 3等溶液。等溶液。) )4HF+SiO4HF+SiO2 2=SiF=SiF4 4+2H+2H2 2O O2NaOH+SiO2NaOH+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=N

8、a2 2SiOSiO3 3+CO+CO高溫高溫固態(tài)下物質(zhì)間的反應(yīng)規(guī)律：高沸點物質(zhì)固態(tài)下物質(zhì)間的反應(yīng)規(guī)律：高沸點物質(zhì)(SiO(SiO2 2) )制低沸點物制低沸點物質(zhì)質(zhì)(CO(CO2 2) )注意：后兩個是制玻璃的反應(yīng)注意：后兩個是制玻璃的反應(yīng)(3) (3) 高高 溫時溫時: :3 3、SiOSiO2 2的正四面體結(jié)構(gòu)：的正四面體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：Si和O按12的比例組成的正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)1092810928180180SiSiO O4 4、SiOSiO2 2與與COCO2 2的類比：的類比：COCO2 2SiOSiO2 2與水反應(yīng)與水反應(yīng)COCO2 2+ H+ H2 2O=HO=H2 2C

9、OCO3 3不反應(yīng)不反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)2NaOH+CO2NaOH+CO2 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O與堿性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)與酸反應(yīng)與酸反應(yīng)2NaOH+SiO2NaOH+SiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+CaO CaSiO+CaO CaSiO3 3高溫高溫CaO+COCaO+CO2 2 CaCO CaCO3 3除與除與HFHF（弱酸）反（弱酸）反應(yīng)外其余不反應(yīng)應(yīng)外其余不反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)SiOSiO2 2 + 4HF = SiF + 4HF = SiF4 4 + + 2H2H2 2O O高溫高溫 光導(dǎo)纖維、

10、光學儀器、電子儀器、光導(dǎo)纖維、光學儀器、電子儀器、工藝品工藝品( (水晶、瑪瑙水晶、瑪瑙) )、石英玻璃、玻璃原、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。料和建筑材料等。注意：硅肺病注意：硅肺病( (矽肺病矽肺病) )，長期吸入，長期吸入SiOSiO2 2 粉塵粉塵5. 5. 用途：用途：隨堂練習隨堂練習1 1、下面對二氧化硅的敘述不正確的是、下面對二氧化硅的敘述不正確的是 （）A. A. 二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石類似二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石類似B. B. 二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)生成酸二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)生成酸C. C. 二氧化硅是酸性氧化物，它不跟任何酸反應(yīng)二氧化硅是酸性氧化物，它不跟任何酸反應(yīng)D. D. 二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上差異很大二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上差異很大C C2 2、下列反應(yīng)化學方程式錯誤的是、下列反應(yīng)化學方程式錯誤的是:( ):( )C CA. SiOA. SiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2