第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅duan

1、硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)斯坦福科研工業(yè)區(qū)”是美國電子和計算機(jī)是美國電子和計算機(jī)工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部工業(yè)中心，位于美國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舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長一條長4848公里，寬公里，寬1616公里的長條形地帶上。由公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界于它集中了全世界9090以上的著名半導(dǎo)體公司，以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片而半導(dǎo)體的基本元件是硅片。第第 一一 節(jié)節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)非金屬材料的主角_硅硅硅元素在地殼中的

2、含量硅元素在地殼中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的約占地殼總量的90%90%以上。以上。 硅的分布與存在硅的分布與存在 存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)存在：沒有游離態(tài)，只有化合態(tài) 分布：自然界中分布廣泛，在地分布：自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于氧。是構(gòu)殼中居第二位，僅次于氧。是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。成礦物和巖石的基本元素。

3、最外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要顯幾價？：碳、硅原子主要顯幾價？思考思考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？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？與它相同？一、硅單質(zhì)一、硅單質(zhì)Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4加熱加熱3 3、硅的工業(yè)制法、硅的工業(yè)制法 ： 粗硅：粗硅： 純硅：純硅：2C+ SiO2= Si+2CO高溫高溫Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫

4、高溫太陽能電池大規(guī)模集成電路 硅的用途非常廣泛，可用來制造硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制太陽能電池，制鋁體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。合金、鐵合金等多種合金。硅硅芯芯片片 石英晶體是結(jié)晶的石英晶體是結(jié)晶的SiOSiO2 2，無色透明的無色透明的叫做水晶叫做水晶，具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹木哂胁噬h(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇Ы鞋旇Ф趸瓒趸?天然硅石天然硅石)結(jié)晶形結(jié)晶形無定形無定形瑪瑙瑪瑙水晶水晶二、二氧化硅二、二氧化硅(SiO(SiO2 2) )水晶水晶瑪瑙瑪瑙SiOSiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀

5、結(jié)構(gòu)，是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定因此性質(zhì)很穩(wěn)定 二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu).4.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不能與水反應(yīng)不能與水反應(yīng) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高溫高溫 是酸性氧化物是酸性氧化物弱的氧化性弱的氧化性SiO2+2C= Si+2CO高溫高溫玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 與與NaOHNaOH 反應(yīng)生成有反應(yīng)生成有粘性的硅酸鈉。粘性的硅酸鈉。學(xué)以致用學(xué)以致用HFHF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。（3 3）某同學(xué)根據(jù)）某同學(xué)根據(jù)氫氟氫氟酸反應(yīng)酸

6、反應(yīng), ,推斷推斷（1 1）為什么在實驗室中盛放）為什么在實驗室中盛放NaOHNaOH溶液溶液 的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ （2 2）實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？）實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應(yīng)生成鹽和水。錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應(yīng)生成鹽和水。實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶實驗室現(xiàn)提供下列試劑瓶, , 細(xì)口磨口塞玻璃瓶細(xì)口磨口塞玻璃瓶廣口瓶廣口瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶細(xì)口橡皮塞玻璃瓶棕色廣口瓶棕色廣口瓶細(xì)口塑料瓶，細(xì)口塑料瓶，如何存放下列藥品如何存放下列藥品? ?依據(jù)是什么依據(jù)是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b.b.氫氧化鈉溶液

7、氫氧化鈉溶液_c.c.硝酸銀晶體硝酸銀晶體_ d.d.氫氟酸氫氟酸_e.e.濃硫酸濃硫酸_5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途 由于由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能加上性能加上SiO2在自然界的廣泛存在在自然界的廣泛存在因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡 石石 英英 制制 品品水晶水晶瑪瑙瑪瑙二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊

8、、傳感、測量等，光纖光導(dǎo)纖維主要用于通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優(yōu)點就是通信容量大，一對光纖上可同通訊的優(yōu)點就是通信容量大，一對光纖上可同時傳送時傳送3 3萬門電話。萬門電話。 硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱為稱為“硅膠硅膠”。、硅膠常用硅膠常用 作干燥劑作干燥劑（1）（2） H2SiO3=H2O+SiO2加熱加熱Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3H2SiO3+2NaOH=2H2O +Na2SiO3（3） 制備制備： H2SiO3 硅酸凝膠硅酸凝膠 硅酸干凝膠硅酸干凝膠

9、“硅膠硅膠” 用途：用途： 硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。也可以用作催化劑的載體。四、硅酸鹽四、硅酸鹽 2. 2.硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的表示方法： 化學(xué)式法：化學(xué)式法：氧化物法：氧化物法：硅酸鈉：硅酸鈉：NaNa2 2SiOSiO3 3硅酸鈣：硅酸鈣：CaSiOCaSiO3 3硅酸鈉：硅酸鈉：NaNa2 2O O SiOSiO2 2硅酸鈣：硅酸鈣： CaOCaO SiO SiO2 2請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：

10、鎂橄欖石（鎂橄欖石（MgMg2 2SiOSiO4 4） 高嶺土高嶺土 AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，實驗4-2放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當(dāng)水分蒸發(fā)后當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防火劑的原料制備木材防火劑的原料五、硅酸鹽工業(yè)五、硅酸鹽工業(yè) 水泥是一種非常重要的建筑材料。水泥是一種非常重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥萬丈高樓平地起，穿針引線

11、是水泥。黏土和石灰石黏土和石灰石水泥的生產(chǎn)原料：水泥的生產(chǎn)原料：普通硅酸鹽水泥的成分：普通硅酸鹽水泥的成分：1 1 、水泥、水泥 硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaOSiO(3CaOSiO2 2) )硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaOSiO(2CaOSiO2 2) ) 混合物混合物鋁酸三鈣鋁酸三鈣(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3) )水泥的性能：水泥的性能： 水泥具有水硬性水泥具有水硬性水泥、沙子和水的混合物水泥、沙子和水的混合物建筑黏合劑建筑黏合劑。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：混凝土：水泥砂漿：水泥砂漿：水泥的生產(chǎn)設(shè)備：水泥的生產(chǎn)設(shè)備： 水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯2

12、2、玻璃：、玻璃：生產(chǎn)原理：生產(chǎn)原理： 純堿、石灰石和石英純堿、石灰石和石英 Na Na2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3 +SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3 + CO + CO2 2高溫高溫 高溫高溫 玻璃的生產(chǎn)原料：玻璃的生產(chǎn)原料：普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2組成的混合物。組成的混合物。或或NaNa2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2；玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。玻璃無固定的熔沸

13、點，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。 玻璃的性能：玻璃的性能：3、陶瓷： 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。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱。瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)。 江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?我國素有“瓷都”之稱的地方 江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型無機(jī)非金屬材料：新型無機(jī)非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等新型無機(jī)非金屬材料：1、新型無機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高； （2）具有電學(xué)性質(zhì)；