第一节无机非金属材料的主角——硅duan

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是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部工业中心，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旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长一条长4848公里，宽公里，宽1616公里的长条形地带上。由公里的长条形地带上。由于它集中了全世界于它集中了全世界9090以上的著名半导体公司，以上的著名半导体公司，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_硅硅硅元素在地壳中的

2、含量硅元素在地壳中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16% 其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸盐构成了地硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的约占地壳总量的90%90%以上。以上。 硅的分布与存在硅的分布与存在 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，在地分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。成矿物和岩石的基本元素。

3、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？思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？：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我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？与它相同？一、硅单质一、硅单质Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4加热加热3 3、硅的工业制法、硅的工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温

4、高温太阳能电池大规模集成电路 硅的用途非常广泛，可用来制造硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片 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二、二氧化硅二、二氧化硅(SiO(SiO2 2) )水晶水晶玛瑙玛瑙SiOSiO2是正四面体的空间网状

5、结构，是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 二氧化硅的结构二氧化硅的结构.4.化学性质化学性质不能与水反应不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 是酸性氧化物是酸性氧化物弱的氧化性弱的氧化性SiO2+2C= Si+2CO高温高温玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 与与NaOHNaOH 反应生成有反应生成有粘性的硅酸钠。粘性的硅酸钠。学以致用学以致用HFHF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。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

6、反应, ,推断推断（1 1）为什么在实验室中盛放）为什么在实验室中盛放NaOHNaOH溶液溶液 的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？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。实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶, , 细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细口塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品? ?依据是什么依据是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b.b.氢氧化钠溶液

7、氢氧化钠溶液_c.c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d.d.氢氟酸氢氟酸_e.e.浓硫酸浓硫酸_5 5、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具有优良的物理化学性能加上性能加上SiO2在自然界的广泛存在在自然界的广泛存在因此从古到今都被人类广泛地应用。因此从古到今都被人类广泛地应用。光学纤维胃镜光学纤维胃镜 石石 英英 制制 品品水晶水晶玛瑙玛瑙二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯

8、、传感、测量等，光纤光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送时传送3 3万门电话。万门电话。 硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为称为“硅胶硅胶”。、硅胶常用硅胶常用 作干燥剂作干燥剂（1）（2） H2SiO3=H2O+SiO2加热加热Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3H2SiO3+2NaOH=2H2O +Na2SiO3（3） 制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶

9、“硅胶硅胶” 用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。四、硅酸盐四、硅酸盐 2. 2.硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法： 化学式法：化学式法：氧化物法：氧化物法：硅酸钠：硅酸钠：NaNa2 2SiOSiO3 3硅酸钙：硅酸钙：CaSiOCaSiO3 3硅酸钠：硅酸钠：NaNa2 2O O SiOSiO2 2硅酸钙：硅酸钙： CaOCaO SiO SiO2 2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：

10、镁橄榄石（镁橄榄石（MgMg2 2SiOSiO4 4） 高岭土高岭土 AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，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的原料制备木材防火剂的原料五、硅酸盐工业五、硅酸盐工业 水泥是一种非常重要的建筑材料。水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥万丈高楼平地起，穿针引线

11、是水泥。黏土和石灰石黏土和石灰石水泥的生产原料：水泥的生产原料：普通硅酸盐水泥的成分：普通硅酸盐水泥的成分：1 1 、水泥、水泥 硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO(3CaOSiO2 2) )硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO(2CaOSiO2 2) ) 混合物混合物铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3) )水泥的性能：水泥的性能： 水泥具有水硬性水泥具有水硬性水泥、沙子和水的混合物水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土：混凝土：水泥砂浆：水泥砂浆：水泥的生产设备：水泥的生产设备： 水泥回转窑水泥回转窑2

12、2、玻璃：、玻璃：生产原理：生产原理： 纯碱、石灰石和石英纯碱、石灰石和石英 Na Na2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3 +SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3 + CO + CO2 2高温高温 高温高温 玻璃的生产原料：玻璃的生产原料：普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2组成的混合物。组成的混合物。或或NaNa2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃无固定的熔沸

13、点，在一定温度范围内软化。 玻璃的性能：玻璃的性能：3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。家用陶瓷江苏宜兴，有陶都之称。瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德镇。 江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。” 我国素有“瓷都”之称的地方 江西景德镇所烧制的瓷器传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等新型无机非金属材料：1、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质；