《硅無機(jī)非金屬材料》參考課件1

第4章材料家族中的元素第1節(jié)硅無機(jī)非金屬材料1、了解硅的主要性質(zhì)；2、了解二氧化硅的主要性質(zhì)。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、約占地殼總量的90%以上。半導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料

最早使用的半導(dǎo)體材料

，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料

。鍺硅硅在自然界的存在形態(tài)：無游離態(tài)，只有化合態(tài)。常見存在物質(zhì)形式：二氧化硅和硅酸鹽等。

硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，儲(chǔ)量豐富，現(xiàn)已成為應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料。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%硅元素(silicon)在地殼中的含量觀察硅單質(zhì)的實(shí)物圖片并閱讀教材P108第一段，總結(jié)硅的物理性質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是重要的半導(dǎo)體材料。物理性質(zhì)1、硅單質(zhì)的物理性質(zhì)Si最外層電子數(shù)是4，碳也是。思考2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？正四價(jià)（+4價(jià)）思考1：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)與它相同？+14284碳族元素在元素周期表中的位置晶體硅的結(jié)構(gòu)（不易與H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應(yīng)）加熱，Si能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（燃燒，放出大量的熱）Si+O2=====SiO2△①Si+2Cl2======SiCl4②高溫2、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)（1）常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（2）常溫下只與強(qiáng)堿、氫氟酸、氟氣反應(yīng)Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+2F2====SiF4Si+4HF====SiF4↑+2H2↑制粗硅：硅鐵硅錳合金硅鋇合金（粗硅）粗硅提純后可以得到高純硅，作為半導(dǎo)體材料。SiO2+2C====Si+2CO↑高溫氧化劑：SiO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)還原劑：C失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)3、硅的工業(yè)制法

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：高溫Si+2Cl2====SiCl4（粗硅）

高溫SiCl4+2H2====Si+4HCl

（高純硅）提純：

碳（C）

硅（Si）常溫下很穩(wěn)定，在高溫或點(diǎn)燃的條件下有較強(qiáng)還原性。常溫下很穩(wěn)定，高溫時(shí)也能發(fā)生反應(yīng)。Si+O2====SiO2Si+2F2====SiF4?Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+4HF====SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2====SiCl4??4、硅與碳的化學(xué)性質(zhì)比較點(diǎn)燃C+O2====CO22C+O2====2COC+CuO====Cu+COC+H2O====H2+CO點(diǎn)燃高溫C+CO2====2CO高溫?C+O2====CO24、硅的用途（1）硅芯片；半導(dǎo)體材料（2）制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料（3）含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯（4）含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備硅芯片的使用，使計(jì)算機(jī)的體積已縮小到筆記本一樣大小了。太陽(yáng)能電池電腦的中央處理器（CPU）硅光電池大規(guī)模集成電路

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)體器件，還可以制太陽(yáng)能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。1、下列關(guān)于硅的敘述，不正確的是（）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B、硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C、硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D、當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)C2、下列關(guān)于Si的化學(xué)性質(zhì)中正確的是（）A、常溫下能與任何酸反應(yīng)B、常溫下可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)C、常溫下可與氧氣反應(yīng)D、常溫下不與任何酸反應(yīng)B

二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。是一種堅(jiān)硬難熔的固體。硅石硅礦山二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1、二氧化硅的存在硅石(天然)結(jié)晶形無定形晶體二氧化硅SiO2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)SiO2屬于原子晶體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

無色，沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水、不導(dǎo)電的晶體．3、二氧化硅的物理性質(zhì)（2）不能與水反應(yīng)SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2OSiO2+CaO====CaSiO3

高溫（1）是酸性氧化物SiO2+2OH—====SiO3

2-+H2O4、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（3）在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)SiO2+Na2CO3====CO2

+Na2SiO3高溫SiO2+CaCO3====CO2

+CaSiO3高溫（4）不與酸反應(yīng)（除氫氟酸以外）SiO2+4HF====SiF4

+2H2O（5）弱的氧化性SiO2+2C====Si+2CO高溫二氧化碳CO2二氧化硅SiO2物質(zhì)分類與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與HF反應(yīng)

均屬于酸性氧化物CO2＋CaO====CaCO3CaO＋SiO2====CaSiO3高溫CO2＋2NaOH====Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH====Na2SiO3+H2OCO2＋H2O====H2CO3不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O二氧化硅與二氧化碳的比較5、二氧化硅的用途

由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，加上SiO2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。光學(xué)纖維胃鏡水晶、瑪瑙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(hào)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、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3萬門電話。

1、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（）A、溶解性：CO2

<SiO2B、酸性：H2SiO3>H2CO3C、熔點(diǎn)：SiO2>CO2（干冰）D、硬度：SiO2<CO22、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來盛裝的是（）A、燒堿溶液B、濃硫酸C、氫氟酸D、碳酸鈉溶液CC3、要除去SiO2中的CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是（）A、純堿溶液B、鹽酸C、硫酸D、苛性鈉溶液B硅酸鹽是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)化合物，一般都不溶于水。1.硅酸鹽的含義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱三、硅酸鹽2.硅酸鹽的表示方法：

（1）化學(xué)式法：（2）氧化物法：硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉：Na2O·

SiO2硅酸鈣：CaO·SiO2高嶺石：Al2O3·

2SiO2·2H2O石棉：CaO

·

3MgO·4SiO2

沸石：Na2O

·Al2O3·

3SiO2·2H2O云母：

K2O·3Al2O3·

6SiO2·2H2O長(zhǎng)石：K2O·

Al2O3·6SiO2

水泥：3CaO

·SiO2·

2CaO·SiO2

玻璃：Na2O

·CaO·

6SiO2粘土：Al2O3·

2SiO2·2H2O

最簡(jiǎn)單的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3），其水溶液俗稱為水玻璃，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。3.硅酸鈉（Na2SiO3）關(guān)于硅酸鹽說明：1.除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水2.硅酸鈉是常見的可溶性硅酸鹽之一，俗稱泡花堿；它的水溶液俗稱水玻璃，是一種粘合劑；硅酸和二氧化硅的制備：[水玻璃可保存在玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡膠塞]較強(qiáng)酸和可溶性硅酸鹽反應(yīng)制硅酸2HCl+Na2SiO3+H2O====H4SiO4↓+2NaClH4SiO4H2SiO3SiO2常溫分解受熱分解無機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷水泥玻璃四、硅酸鹽工業(yè)t

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。(2)生產(chǎn)過程：黏土和石灰石兩磨、一燒。研磨→煅燒→再磨成細(xì)粉；硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣(2CaO·SiO2)混合物鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)(1)水泥的生產(chǎn)原料：(3)普通硅酸鹽水泥的成分：1、水泥(4)水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物——建筑黏合劑。水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土：水泥砂漿：2、玻璃：(2)生產(chǎn)過程：純堿、石灰石和石英。

Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫

高溫⑴玻璃的生產(chǎn)原料：(3)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2O·CaO·6SiO2；玻璃無固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。(4)玻璃的性能：普通玻璃的生產(chǎn)過程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(diǎn)，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。隋代燒制的三彩陶駱駝瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國(guó)家中，“瓷器”和“中國(guó)”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。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?！?/p>

我國(guó)江西景德鎮(zhèn)素有“瓷都”之稱江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥新型無機(jī)非金屬材料：新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等五、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)；（3）具有光學(xué)性質(zhì)；（4）具有生物功能；2、結(jié)構(gòu)材料——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：氧化鋁陶瓷氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品1.下列物質(zhì)中屬于純凈物的