1、硅无机非金属材 (2)

1、 第4章 材料家族中的元素CPU硅芯片的使用材料是人类生产和生活的重要物质基础,是衡量一个国家科技和经济发展水平的重要标志之一.第第1 1节节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料硅的化合物的使用在生活中常常硅的化合物的使用在生活中常常可以见到，如石英，玻璃，水晶。可以见到，如石英，玻璃，水晶。远古时代人类就已经开始和使用远古时代人类就已经开始和使用陶瓷。但硅的单质直到陶瓷。但硅的单质直到1818世纪上世纪上半叶有科学家制备出。半叶有科学家制备出。硅硅发发* *展展 史史 硅的分布与存在存在：没有游离态，存在：没有游离态，只有化合态。只有化合态。分布：在地壳中居第二位。构成矿物和岩分布：在地壳中

2、居第二位。构成矿物和岩 石的主要成分。石的主要成分。OSiAlFe地地壳壳中中元元素素含含量量前前四四位位一、硅一、硅物理性质物理性质 1 1、灰黑色，有金属光泽，、灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体。硬而脆的固体。 2 2、熔、熔, ,沸点高、硬度大。沸点高、硬度大。 3 3、晶体硅是良好的半导、晶体硅是良好的半导体。体。o 结构与金刚石相似，故物理性质相似晶体硅氧化性还原性Cl2O2N2C金属单质:Fe,Cu,Mg等MgCl2MgCl2 2MgO2 =2MgO 3MgN2=Mg3N2 非金属单质:C,H2等H2Cl2=2HCl H2+O2=H2ON2+3H22NH3还原性化合物2FeCl2C

3、l22FeCl3 2SO2 +O2=2SO3氧化性:O2,Cl2,浓H2SO4,浓HNO3等C2H2SO4(浓)=CO22SO22H2O C4HNO3(浓)=CO24NO22H2O 非金属单质非金属单质点燃点燃点燃光高温高压点燃备注：常温下，备注：常温下，除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。化学性质化学性质不活泼不活泼(1)(1)加热时：与加热时：与O O2 2，ClCl2 2反反应应Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 2（2 2）硅的制备）硅的制备SiOSiO2 2+2C=Si+2C=Si+2CO2CO高温高温硅的提纯硅的提纯Si

4、 + 2Cl2 SiCl4SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 硅的用途硅的用途 硅除作为硅除作为半导体材料半导体材料用来制集成电路、晶体管、用来制集成电路、晶体管、硅整流器外，还可制造硅整流器外，还可制造太阳能电池太阳能电池，硅合金等。硅，硅合金等。硅合金用于制造变压器、耐酸设备等。合金用于制造变压器、耐酸设备等。 二、二氧化硅二、二氧化硅 物理性质：物理性质： SiOSiO2 2 主要是由硅主要是由硅原子和氧原子构成，原子和氧原子构成，不不溶于水，熔点高、硬度溶于水，熔点高、硬度大大。o 结构与金刚石相似，故物理性质相似CO2与碱反应 2NaOH+CO 2NaOH+CO2 2=Na=

5、Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O与碱性氧化物反应与水反应 CO CO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3与酸反应 不反应 CO2+Na2O=Na2CO3知识回顾：CO2性质二氧化硅化学的性质二氧化硅化学的性质（1）酸性氧化物：与强碱发生反应。2NaOH+SiO2= Na2SiO3+H2O硅酸钠：硅酸钠的水溶液称水玻璃具有粘性，故不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，见光易分解的物质棕色瓶。如：AgBr,HClO等强氧化性溶液不能用橡胶塞，应该用玻璃塞。如：浓HNO3,KMnO4等液封法保存的物质 。钠煤油,液溴水 （4）玻璃雕刻：常温与氢氟酸反应4HF+SiO2=SiF4+2

6、H2O（反应进行的实质：平衡移动）（反应进行的实质：平衡移动）（2）与碱性氧化物：SiO2+CaO=CaSiO3高温（3）与水的反应SiO2不与水反应（沙子不溶于水）二氧化硅的用途二氧化硅的用途制宝石 仪器(化学 光学) 钟表 光缆 建筑材料等光光 纤纤 光光 缆缆 普普 通通 电电 缆缆 每根光纤可同时通过10亿路电话 8管同轴电缆每条通话1800路 原料来源广资源较少 质量轻，不怕腐蚀铺设方便质量重，怕腐蚀 抗电磁干扰，保密性好，不发生电辐射 不抗电磁干扰，发生电辐射三三 硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐与无机非金属材料o H2SiO3不溶于水的酸，酸性比H2CO3弱Na2SiO3 +H2O+

7、CO2=H2SiO3+Na2CO3 硅酸盐：一般是由硅，氧，金属组成的化合物（1）硅酸盐的表示通常氧化物的形式来表示其组成。表示方法：金属氧化物在前，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“”隔开。例：Na2SiO3可以写成 Na2O SiO2制备: Na2SiO3+HCl=2NaCl+H2SiO3 （2）硅酸盐的工业产物玻璃玻璃传统的无机材料传统的无机材料o 原料：纯碱原料：纯碱 石灰石石灰石 石英石英o 设备：玻璃熔炉设备：玻璃熔炉o 条件：高温熔融条件：高温熔融o 主要反应：主要反应：NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2= Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO

8、2 2高温高温CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2高温主要成分：硅酸钠，硅酸钙，二氧化硅主要成分：硅酸钠，硅酸钙，二氧化硅 （没有一定的熔点）（没有一定的熔点）有色玻璃有色玻璃: :在玻璃中添加有色氧化物在玻璃中添加有色氧化物如如: :蓝色蓝色 氧化钴氧化钴(Co(Co2 2O O3 3) ) 红色红色 氧化亚铜氧化亚铜(Cu(Cu2 2O)O)有色玻璃有色玻璃钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃:普通玻璃加热熔化急速冷却普通玻璃加热熔化急速冷却，强度为普通玻璃，强度为普通玻璃4-6倍，不易破碎，即倍，不易破碎，即使破碎了，碎块也没有尖锐

9、是棱角。使破碎了，碎块也没有尖锐是棱角。水泥水泥原料：黏土，石灰石，石膏设备：水泥回转窑条件：煅烧主要成分：3CaOSiO2硅酸三钙 2CaOSiO2硅酸二钙 3CaOAl2O3铝酸三钙(水硬性)名称名称水泥水泥砂浆砂浆原料原料水泥水泥沙子沙子 水水用途用途建筑建筑粘合剂粘合剂混凝土混凝土水泥水泥 沙子沙子碎石碎石 建造厂房建造厂房钢筋钢筋混凝土混凝土钢筋钢筋混凝土混凝土建造高楼建造高楼桥梁桥梁 水坝水坝几种常见的水泥制品原料：黏土原料：黏土条件：高温煅烧条件：高温煅烧瓷器瓷器人类应用最早的硅酸盐材料描述景德镇陶瓷描述景德镇陶瓷有这样一句话：有这样一句话：薄如纸，薄如纸，声如磬，声如磬，色如玉

10、。色如玉。景德镇是著名的瓷都景德镇是著名的瓷都,而陶瓷又起源于中国而陶瓷又起源于中国.青花瓷o 高温结构陶瓷在航天事业的运用原因o 是因为它具有耐高温，耐氧化，超强，超硬的特点。o 它可以在各种的环境下使用。同时也是造汽车发动机，喷气发动机的理想材料，大大提高能源的利用率。高温结构陶瓷几种新型陶瓷材料几种新型陶瓷材料 生物陶瓷o 这种陶瓷强度大，韧性好，与人体亲和力好。是目前人体骨骼和牙齿的重要移植材料。o 在这一领域，我国处于领先水平。 压电陶瓷o 安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打就产生电火花，将机械能转化为电能。硅元素硅元素单质硅单质硅F2，HF，NaOH 加热能与某加热能与某些非金属单些非金属单质反应（质反应（O2、Cl2）O2二氧化硅是光导纤维二氧化硅是光导纤维的主要原料，光导纤的主要原料，光导纤维可用作通讯材料和维可用作通讯材料