鲁科版高中化学必修一_4-1_硅_无机非金属材料

1、第第1 1节硅无机非金属材料节硅无机非金属材料材料家族中的元素 一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料1半导体材料半导体材料 特指导电能力介于特指导电能力介于 和和 之间的一类材之间的一类材料，最早使用的半导体材料是料，最早使用的半导体材料是 ，现在使用最广泛，现在使用最广泛的半导体材料是的半导体材料是 。2硅的存在硅的存在 在地壳里，硅的含量仅次于在地壳里，硅的含量仅次于 ，全部以，全部以 态存态存在，主要存在形式为二氧化硅和在，主要存在形式为二氧化硅和 。硅单质存。硅单质存在同素异形体是在同素异形体是 和和 。导体导体绝缘体绝缘体锗锗硅硅硅酸盐硅酸盐氧氧化合化合晶体硅晶体硅无定形硅无

2、定形硅3单质硅单质硅(1)物理性质：物理性质：灰黑灰黑金属金属很高很高硬而脆硬而脆 介于导体和介于导体和绝缘体之间绝缘体之间(2)化学性质：化学性质：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：在加热条件下能与某些非金属单质（O2、Cl2）反应。例如：Si + 2Cl2 = SiCl4(3)硅的工业制法硅的工业制法原料：原理：制粗硅（制粗硅（用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅质的粗硅）：）：SiO2 +2C = Si + 2CO高温高温制高纯硅（制高纯硅（在高温下让在高温

3、下让粗硅粗硅（Si）与）与氯气氯气（Cl2）反应，）反应，其产物在高温下被其产物在高温下被氢气氢气（H2）还原而得到较纯的硅）还原而得到较纯的硅）：）：Si + 2Cl2 = SiCl4高温高温SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl高温高温（高纯硅）（高纯硅）二氧化硅、二氧化硅、 焦炭焦炭(4) 硅的用途硅的用途硅可用来制造晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池等。二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维1二氧化硅二氧化硅 (1)存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是_的主要成分。纯净的二氧化硅又称的主要成分。纯净的二氧化硅又称 。沙子、石英沙子、

4、石英水晶水晶(2)物理性质：物理性质：无色无色高高大大难难(3)化学性质：化学性质：具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性：a常温下常温下SiO2与与 NaOH溶液反应生成盐和水：溶液反应生成盐和水：SiO22NaOH= 。b高温下高温下SiO2与碱性氧化物与碱性氧化物(如如 CaO)反应生成盐：反应生成盐：SiO2 CaO 。c. 不和水反应不和水反应 Na2SiO3H2OCaSiO3 弱氧化性：弱氧化性：高温下与高温下与C反应：反应：SiO2 2C 。 特性：特性：与氢氟酸与氢氟酸(HF)反应：反应：SiO2 4HF= 。SiF42H2OSi2CO（此反应常用来刻蚀玻璃）2光导纤维光导纤

5、维(1)主要成分：主要成分：SiO2。 (2)用途：用于用途：用于 、能量传输、能量传输、 处理等，处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。了信号传输效率。 通迅通迅信息信息(4)二氧化硅的用途二氧化硅的用途 制光导纤维制光导纤维 、石英玻璃、石英玻璃 、石英时钟等；制造电子工、石英时钟等；制造电子工业中的重要部件、光学仪器、高级工艺品、眼镜片、业中的重要部件、光学仪器、高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐磨器皿等；制作装饰品。精密仪器、轴承、耐磨器皿等；制作装饰品。三、硅酸盐和无机非金属材料三、硅酸盐和无机非金属材

6、料1硅酸盐硅酸盐(1)性质：硅酸盐性质性质：硅酸盐性质 ，熔点，熔点 ，大都，大都 溶于水。溶于水。(2)硅酸盐的表示方法硅酸盐的表示方法稳定稳定较高较高难难(1)化学式法：化学式法： 如硅酸钠如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙、硅酸钙(CaSiO3)等。此法一般用等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。于组成比较简单的硅酸盐。 (2)氧化物法：氧化物法： 硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式来表示它的组成，通式为来表示它的组成，通式为aMxOybSiO2cH2O。 当金属不止一种时，氧化物的书写顺序：当金属不止一种时，氧化物的书写顺序：活

7、泼金属氧活泼金属氧化物化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水水。 氧化物化学式之间用氧化物化学式之间用“”隔开，化学式前的系数只能取隔开，化学式前的系数只能取整数，且只代表该氧化物本身。整数，且只代表该氧化物本身。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽量氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽量按配置前后原子个数守恒原则配置系数。按配置前后原子个数守恒原则配置系数。例如：硅酸钠：例如：硅酸钠：Na2SiO3石棉：石棉：Mg3Ca(SiO3)4Na2OSiO2CaO3MgO4SiO22硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3） (1)物理性质：物理性质：可溶于水可溶于水，水溶液俗

8、称水溶液俗称“水玻璃水玻璃”。“水玻水玻璃璃”具有很强的具有很强的黏合性黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。，是建筑行业常用的黏合剂。 (2)化学性质：化学性质： 与强酸反应：与强酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 与与CO2反应：反应： Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO33硅酸（硅酸（H2SiO3）(1)物理性质：物理性质：不溶于水的白色胶状沉淀不溶于水的白色胶状沉淀，酸性比碳酸还弱酸性比碳酸还弱(2)化学性质：化学性质： 不稳定性：不稳定性： 与强碱反应：与强碱反应：制备：制备：H2SiO3 = SiO2 + H2OH2SiO3 + NaOH = Na2

9、SiO3 + H2ONa2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO34无机非金属材料无机非金属材料 (1)传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品。高温高温CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2= Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高温高温普通玻璃的主要成分普通玻璃的主要成分：硅酸钠，硅酸钙，二氧化硅硅酸钠，硅酸钙，二氧化硅性质性质：非晶体，透明、无固定熔点，可在一定非晶体，透明、无固定熔点，可在一定温度范围内软化温度范围内软化玻璃玻璃原料原料

10、：纯碱纯碱 石灰石石灰石 石英石英设备：玻璃熔炉设备：玻璃熔炉反应条件反应条件：高温高温反应原理反应原理：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)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，碎块也没有尖锐是棱角。使破碎了，碎块也没有尖锐是棱角。原料：黏土，石灰石设备：水泥回转窑反应条件：高温反应原理：高温下发生复杂的物理、化学变化高温下发生复杂的物理、化学变化主要成分： 2CaOSiO2 硅酸二钙 3CaOSiO2 硅酸三钙 3CaOAl2O3 铝酸三钙水泥水泥性质：水硬性性质：水硬性 (与水掺和搅拌后凝固变硬与水掺和搅拌后凝固变硬)几种常见的水泥制品原料：黏土原料：黏土条件：高温条件：高温反应原理：高温下发生复杂的物理、化学变化反应原理：高温下发生复杂的物理、化学变化成分：硅酸盐成分：硅酸盐性质：性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、