第四章第一节硅

1、第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角_硅硅硅的广硅的广泛存在泛存在你听说过你听说过“硅谷硅谷”吗？吗？ 在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。Si最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。【思考【思考2 2】碳、硅原子主要显几价？】碳、硅原子主要显几价？正四价（正

2、四价（+4+4价）价）碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。碳、硅都是亲氧元素。硅的亲氧性强于碳的亲氧性。因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。【思考【思考1 1】硅原子最外层电子数是多少？我们很】硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？【思考【思考3 3】比较碳、硅亲合氧的能力。】比较碳、硅亲合氧的能力。硅在自然界的存在形态：硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中。的形式存在于

3、岩石和矿物中。二氧化硅的存在二氧化硅的存在一、二氧化硅一、二氧化硅二氧化硅二氧化硅晶体晶体( (石英石英) )水晶水晶玛瑙玛瑙硅石硅石( (天然天然) )结晶形结晶形无定形无定形SiOSi，水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙水晶水晶水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙2.二氧化硅的用途二氧化硅的用途 由于由于SiO2具有优良的物理化学性能加上具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。人类广泛地应用。3.物理性质物理性质物质物质SiO2状态（常温）状态（常温）熔点熔点沸点沸点溶解性溶解性硬度硬度固体固体16101610223022

4、30不溶不溶大大4.化学性质化学性质性质性质稳定稳定, , 不活泼不活泼SiO2 + CaO = CaSiO3 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2OA.与强碱生成硅酸盐和水与强碱生成硅酸盐和水 SiO2 + 2OH-= SiO3 2- + H2O24HF+SiO2=SiF4+2H2O 2二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状状 态态物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与碱与碱与碱与碱性氧性氧化物化物与酸与酸 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应 = 固固 态态熔沸

5、点低熔沸点低气气 态态熔沸点高、硬度大熔沸点高、硬度大人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较高温高温2.实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？ 用塑料瓶保存氢氟酸用塑料瓶保存氢氟酸1.为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含SiO2）？）？【实验【实验4-1】向饱和】向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞，溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸再滴入稀盐酸现现 象象结结 论论方程式方程式 1. 滴入酚酞溶液呈红色滴入酚酞溶

6、液呈红色Na2SiO3呈碱性呈碱性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （胶体）（胶体）+2NaCl2.滴入盐酸有硅酸凝胶产生滴入盐酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水硅酸难溶于水二、硅酸二、硅酸(H2SiO3)（2）把稀硫酸加入到）把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中，会有什么现象？溶液中，会有什么现象？现现 象象结结 论论 方程式方程式滴入硫酸有硅酸凝胶产生滴入硫酸有硅酸凝胶产生硅酸难溶于水（白色胶状沉淀）硅酸难溶于水（白色胶状沉淀）Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 (胶体胶体)+Na2SO4（3）把二氧化碳通入到）把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中溶液中Na2SiO3+ CO2

7、+H2O= H2SiO3 (胶体胶体)+Na2CO3三、硅酸盐三、硅酸盐放入蒸馏水放入蒸馏水现象现象结论结论水份蒸发后燃烧水份蒸发后燃烧放入放入Na2SiO3溶液溶液水份蒸发后不燃烧水份蒸发后不燃烧水份蒸发后，水份蒸发后，失去防火作用失去防火作用防火效果好防火效果好用作防火剂用作防火剂1.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）水溶液俗称）水溶液俗称“水玻璃水玻璃”，具有，具有和和。用作肥皂填料、木材防火剂及胶粘剂。用作肥皂填料、木材防火剂及胶粘剂等等。Na2OSiO2 3MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 CaONa2O6SiO2Al2O32SiO22H2O活泼金属氧化物活泼金属氧化物

8、较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O2. 硅酸盐组成表示硅酸盐组成表示 硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物形式表示其组成。氧化硅和金属氧化物形式表示其组成。练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3石棉：石棉：CaMg3Si4O12长石：长石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃：Ca Na2Si6O14黏土：黏土：Al2(Si2O5)(OH)4无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃3. 3. 硅酸盐产品硅酸盐产品硅酸

9、盐产品及用途硅酸盐产品及用途原料：纯碱、石灰石、石英原料：纯碱、石灰石、石英设备：玻璃窑设备：玻璃窑条件：高温熔融条件：高温熔融主要反应：主要反应：主要成份：硅酸钠、硅酸钙、主要成份：硅酸钠、硅酸钙、高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 高温原料：黏土、石灰石、石膏原料：黏土、石灰石、石膏设备：水泥回转窑设备：水泥回转窑条件：煅烧条件：煅烧主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙主要成份：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等等原料：黏土原料：黏土条件：高温烧结条件：高温烧结高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷新型陶瓷新型陶瓷透明陶瓷、超

10、导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等 这种陶瓷强度大这种陶瓷强度大,韧性好韧性好,与人体亲和力好，目前与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。 在这一领域我国处于世界领先水平。在这一领域我国处于世界领先水平。 四、硅（四、硅（Si） 硅有晶体硅和无定形硅两种硅有晶体硅和无定形硅两种1.1.物理性质：物理性质： （1 1）灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体）灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体 （2 2）熔、沸点高、硬度大）熔、沸点高、硬度大 （3 3）晶体硅是良好的半导体）晶体硅是良好的半导体2.化学性质：化学性质：(不活泼）不活泼） 常温下，硅的化学性质不活

11、泼，常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外，不跟其除氢氟酸、氟气、强碱外，不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。一些非金属反应。（1）2（粗硅）（粗硅）（2） Si+2Cl2 = SiCl4（3）SiCl4+2H2 = 3.硅的制备硅的制备高温高温高温高温高温高温4.4.硅的用途硅的用途集成电路集成电路 晶体管晶体管 硅的用途非常广泛，可用来制造集成硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。种