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文档简介
1、硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley “斯坦福科研工业区斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业是美国电子和计算机工业 中中 心,位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊,圣心,位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊,圣 克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长4848公里,宽公里,宽1616公里公里 的长条形地带上。由于它集中了全世界的长条形地带上。由于它集中了全世界9090以上的著名以上的著名 半导体公司,半导体公司,而半导体的基本元件是硅片而半导体的基本元件是硅片。 第第 一一 节节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 _硅
2、硅 硅的氧化物及硅酸盐硅的氧化物及硅酸盐 构成了地壳中大部分的岩石、沙子构成了地壳中大部分的岩石、沙子 和土壤的主要成份是什么?和土壤的主要成份是什么? 存在:没有游离态,只有化合态存在:没有游离态,只有化合态 分布:自然界中分布广泛,是构成矿分布:自然界中分布广泛,是构成矿 物和岩石的基本元素。物和岩石的基本元素。 (2 2)含量多)含量多 (3 3)化合态)化合态 (1 1)分布广)分布广 硅的氧化物和硅酸盐硅的氧化物和硅酸盐 达达26.3%26.3% 岩石、沙子和土壤岩石、沙子和土壤 硅为亲氧元素硅为亲氧元素(与碳不同与碳不同) ,在地球上的硅主要,在地球上的硅主要 以熔点很高的氧化物及
3、硅酸盐形式存在以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在 自然界中硅的存在自然界中硅的存在 有何特点?有何特点? 2 2、硅与碳结构相似,因而性质相似、硅与碳结构相似,因而性质相似 2 8 4 2 4+14+6 Si C 1 1、硅与碳的原子结构相似,最外层均有、硅与碳的原子结构相似,最外层均有4 4个电子个电子 3 3、硅硅与与碳碳既不易失去电子,也不易得到电子,既不易失去电子,也不易得到电子, 主要形成四价化合物主要形成四价化合物 碳是构成有机碳是构成有机 物的主要元素物的主要元素 硅是构成岩石和许硅是构成岩石和许 多矿物的主要元素多矿物的主要元素 一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸 硅硅是一种
4、亲氧元素是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相在自然界中它总是与氧相 互化合的互化合的(与碳不同与碳不同) 存在形式:存在形式: 氧化物氧化物 硅酸盐硅酸盐 (一)、二氧化硅(一)、二氧化硅(SiO(SiO2 2) ) 石英晶体是结晶的石英晶体是结晶的SiOSiO2 2, ,无色透明的 无色透明的叫做水晶叫做水晶, 具有彩色环带状或层状的具有彩色环带状或层状的叫玛瑙叫玛瑙 二氧化硅二氧化硅 (天然硅石天然硅石) 结晶形结晶形无定形无定形 玛瑙玛瑙水晶水晶 玛瑙玛瑙 水晶水晶 四面体结构四面体结构 网状结构决定了网状结构决定了SiOSiO2 2具具 有优良的物理和化学性有优良的物理和化学性 质质
5、 物理性质物理性质:_ 化学稳定性化学稳定性:_ 硬度大、熔点高、难溶于水硬度大、熔点高、难溶于水 很稳定很稳定 根据根据SiO2的存在和应用,请你分析以的存在和应用,请你分析以 下问题:下问题: SiO2具有哪些物理性质?化学具有哪些物理性质?化学 稳定性如何?你的根据是什么?稳定性如何?你的根据是什么? SiO2这这 些性质是由什么决定的?些性质是由什么决定的? 讨论:已知二氧化硅是一种酸性氧讨论:已知二氧化硅是一种酸性氧 化物,其中硅的化合价为化物,其中硅的化合价为4 4价,请你预价,请你预 测二氧化硅的化学性质。测二氧化硅的化学性质。 (2) (2) 价态:价态:中中Si显显+4价为最
6、高价价为最高价 1 1、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质 (2) 具有弱氧化性具有弱氧化性 SiO2 + 2C = Si + 2CO 总总 结结 SiOSiO2 2COCO2 2 所属类型所属类型 物物 理理 性性 质质 色色 态态 熔沸点熔沸点 硬硬 度度 溶解性溶解性 化化 学学 性性 质质 CO2+2NaOH =Na2CO3+2O SiO2+2NaOH =Na2SiO3+2O 高温高温 SiO2+Na2O=Na2SiO3 坚硬难熔固体坚硬难熔固体 高高 大大 不溶于水不溶于水 无色气体无色气体 低低 小小 溶于水溶于水 CO2+Na2O=Na2CO3 高温高温 酸性氧化物酸性氧化物
7、酸性氧化物酸性氧化物 CO2+H2O=H2CO3 不反应不反应 与水反应与水反应 与碱反应与碱反应 与碱性氧与碱性氧 化物反应化物反应 SiO2 + C = Si + 2CO 高温高温 CO2 + C = 2CO 高温高温 氧化性氧化性 玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 与与NaOHNaOH 反应反应 生成有粘胶性的硅酸钠生成有粘胶性的硅酸钠 学以致用学以致用 答:答:HFHF能腐蚀玻璃,因此,盛装氢氟酸不能腐蚀玻璃,因此,盛装氢氟酸不 能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。 (3 3)某同学根据)某同学根据氢氟氢氟 酸反应酸反应, ,推断推断 (1 1)为什么在实验室中盛
8、放为什么在实验室中盛放NaOHNaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞?溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞? (2 2)实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸? 错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水 2 、用途:制光导纤维、电子工业重要部件、光、用途:制光导纤维、电子工业重要部件、光 学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造 石英电子表、石英钟等。石英电子表、石英钟等。 现象现象 结论结论 反应式反应式 4-1 试管中加入试管中加入2 2L NaL Na2 2SiOSiO3 3饱和溶液,
9、滴入饱和溶液,滴入1 1 滴酚酞试液,再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸,边滴边振荡,滴酚酞试液,再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸,边滴边振荡, 至红色变浅并接近消失停止,观察现象。并填写下表:至红色变浅并接近消失停止,观察现象。并填写下表: 1 1、制备、制备 白色,胶状,不溶于水的物质白色,胶状,不溶于水的物质 酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱 H2SiO3 = SiO2 + 2H2O 强酸制弱酸原理(酸性强酸制弱酸原理(酸性HClHClHH2 2COCO3 3) H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O 如何以如何以SiOSiO2 2为主要原料制取硅酸为主要原料制取硅酸 ? ? 学以致用学以
10、致用 SiOSiO2 2H H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 3 硅酸的酸性比盐酸弱,那么硅酸酸性与碳酸相硅酸的酸性比盐酸弱,那么硅酸酸性与碳酸相 比较如何呢?请你设计一个实验论证你的推断。比较如何呢?请你设计一个实验论证你的推断。 实验探究实验探究 实验:实验:将将COCO2 2通入通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中溶液中 现象:现象:透明的硅酸凝胶生成透明的硅酸凝胶生成 方程式:方程式:Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 + Na2CO3 结论:结论:硅酸是一种很弱的酸,酸性比碳酸还弱硅酸是一种很弱的酸,酸性比碳酸还弱 硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属组
11、成的化合物的是由硅、氧和金属组成的化合物的 总称。总称。 结构复杂结构复杂 一般不溶于水一般不溶于水 化学性质很稳定化学性质很稳定 硅酸钠硅酸钠(Na2SiO3),其水溶液俗称其水溶液俗称水玻璃水玻璃 硅酸盐表示方法:硅酸盐表示方法: 硅酸盐的种类很多,结构复杂,为了方便记忆硅酸盐的种类很多,结构复杂,为了方便记忆 和计算,常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成和计算,常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成 原则:金属氧化物(较活泼原则:金属氧化物(较活泼 较不活较不活 泼泼 )非金属氧化物非金属氧化物 方法:方法:1 1、找组成元素、找组成元素 2 2、写成氧化物的形式、写成氧化物的形式 3 3、原子个
12、数比不变、原子个数比不变 4 4、检查有无遗漏、检查有无遗漏 请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成:请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成: 硅酸钠(硅酸钠(Na2SiO3) 镁橄榄石(镁橄榄石(Mg2SiO4) 高岭土高岭土 Al2(Si2O5)(OH)4 实验4-2 放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶液 现象现象 结论结论 当水分蒸发后当水分蒸发后 燃烧燃烧 当水分蒸发后不易当水分蒸发后不易 燃烧燃烧 用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火 制备木材防火剂制备木材防火剂 的原料的原料 日用器皿、建筑饰材、卫生洁具日用器皿、建筑饰材、卫生洁具 普
13、通玻璃普通玻璃: Na2OCaO6SiO2 1、主要原料主要原料:纯碱、石灰石和石英。:纯碱、石灰石和石英。 3、反应原理反应原理:复杂的物理、化学变化:复杂的物理、化学变化 2、生产过程生产过程: (玻璃熔炉)(玻璃熔炉) Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 高温 高温 4、玻璃的主要成分:、玻璃的主要成分:Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 5、玻璃态物质、玻璃态物质 玻璃玻璃 没有固没有固 定的熔点。定的熔点。 没有一定的没有一定的 熔点而在某一温熔点而在某一温 度范围内逐渐软度范围内逐渐软 化的物质。(介化的物质。(介
14、于晶体与非晶体于晶体与非晶体 之间。)之间。) 实例实例特性特性定义定义 玻璃态物质玻璃态物质 几种常见玻璃简介几种常见玻璃简介 普通玻璃普通玻璃 因因混有铁的化合物显浅绿色混有铁的化合物显浅绿色 蓝蓝玻璃玻璃 红红玻璃玻璃 铅玻璃铅玻璃光学仪器玻璃光学仪器玻璃 钢化玻璃钢化玻璃 光纤玻璃光纤玻璃 光导纤维:光导纤维:1964年年8月华裔月华裔 科学家高锟首先提出用玻科学家高锟首先提出用玻 璃纤维代替金属导线,被璃纤维代替金属导线,被 誉为誉为“纤维光学之父纤维光学之父”。 比头发丝还细的一对光导比头发丝还细的一对光导 纤维上同时传送纤维上同时传送3万门电话万门电话 且中继距离长达且中继距离长
15、达20 50Km,保密性能好。保密性能好。 在原料里加入某些金属氧化在原料里加入某些金属氧化 物均匀地分散到玻璃态物质里,物均匀地分散到玻璃态物质里, 使玻璃呈现出特征颜色。使玻璃呈现出特征颜色。 把普通玻璃放在把普通玻璃放在 电炉里加热,使它软电炉里加热,使它软 化,然后急速冷却,化,然后急速冷却, 得到钢化玻璃。其机得到钢化玻璃。其机 械强度比普通玻璃大械强度比普通玻璃大 46倍,不易破碎。倍,不易破碎。 6、几种常见的玻璃、几种常见的玻璃 以黏土和石灰石为主要原料以黏土和石灰石为主要原料 碳化硅(金刚砂)碳化硅(金刚砂) 硅钢硅钢 导磁性良好,用作变压器铁芯导磁性良好,用作变压器铁芯 具
16、有均匀微孔结构的铝硅酸盐具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 人造骨人造骨 三三、硅单质硅单质 硅有晶体硅和无定形硅两种硅有晶体硅和无定形硅两种。 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 熔沸点很高、硬度很大(结构类似金刚石)、熔沸点很高、硬度很大(结构类似金刚石)、 是半导体。是半导体。 导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。 1 1、主要物理性质:主要物理性质: 2、化学性质:常温下硅单质的化学性质不活泼、化学性质:常温下硅单质的化学性质不活泼 (1)常温下)常温下 只和只和F2 、HF、强碱反应强碱反应 Si + 2FSi + 2F2
17、 2 = SiF = SiF4 4 Si + 4 HF = SiFSi + 4 HF = SiF4 4 + 2H + 2H2 2 Si + 2NaOH + HSi + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2 (2)加热时)加热时能和能和O2反应反应 Si + O2=SiO2 3、用途:、用途:半导体材料、制合金、制太阳能电池等 半导体材料、制合金、制太阳能电池等 1、制粗硅、制粗硅 SiO2+2C=Si+2CO 2、粗硅提纯、粗硅提纯 Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl 随堂练习:随堂练习: 1 1、熔融烧碱应
18、选用的器皿是、熔融烧碱应选用的器皿是 ( ) ( ) A. A.石英坩埚石英坩埚 B.B.生铁坩埚生铁坩埚 C. C.普通玻璃坩埚普通玻璃坩埚 D.D.陶瓷坩埚陶瓷坩埚 2 2、下列说法正确的是、下列说法正确的是 ( ) ( ) A. A. 硅的化学性质不活泼,在自然界中可以硅的化学性质不活泼,在自然界中可以 以游离态存在以游离态存在 B. B. 二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸 C. C. 二氧化硅溶于水显酸性二氧化硅溶于水显酸性 D. D. 二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸 B B B B 3要除去要除去SiO2中混有的少量中混有的少量CaO杂质,最适宜的试剂是杂质,最
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