硅无机非金属材料

1、硅无机非金属材料第1页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六1、了解硅的主要性质；2、了解二氧化硅的主要性质。第2页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六你知道硅谷吗？第3页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六你知道硅谷吗？ 高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,最早位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端.第4页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六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、约占地壳总量的90%以上。第5页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六半导体材料导电能力介于导体

2、和绝缘体之间的一类材料。一、单质硅与半导体材料 最早使用的半导体材料 ，现在最广泛使用的半导体材料 。锗硅第6页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅在自然界的存在形态：无游离态，只有化合态。常见存在物质形式：二氧化硅和硅酸盐等。第7页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六氧48.6%硅26.3%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%镁2.00%氢0.16%其他1.20%硅元素(silicon)在地壳中的含量硅在地壳中的含量仅次于氧，储量丰富，现已成为应用广泛的半导体材料。第8页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六观察硅

3、单质的实物图片并阅读教材P108第一段，总结硅的物理性质第9页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六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。晶体硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间,是重要的半导体材料。物理性质1、硅单质的物理性质第10页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六碳族元素在元素周期表中的位置第11页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六Si最外层电子数是4，碳也是。思考2：碳、硅原子主要显几价？正四价（+4价）思考1：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

4、电子数与它相同？+142 8 4第12页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六晶体硅的结构第13页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六（不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应）加热，Si能与某些非金属单质反应（燃烧，放出大量的热）Si+O2=SiO2Si+2Cl2=SiCl42、硅单质的化学性质（1）常温下，化学性质稳定第14页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六（2）常温下只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2Si+2F2 = SiF4Si+4HF = SiF4+2H2 第15页，共67

5、页，2022年，5月20日，1点25分，星期六制粗硅：硅铁硅锰合金硅钡合金（粗硅）粗硅提纯后可以得到高纯硅，作为半导体材料。SiO2 +2C =Si + 2CO高温氧化剂：SiO2 得到电子发生还原反应还原剂： C 失去电子发生氧化反应3、硅的工业制法第16页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六 硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯： Si+2Cl2=SiCl4（粗硅） 高温SiCl4+2H2=Si+4HCl （高纯硅）提纯：第17页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六 碳（ C ） 硅（Si） 常温下很

6、稳定，在高温或点燃的条件下有较强还原性。常温下很稳定，高温时也能发生反应。Si+O2 = SiO2Si+2F2=SiF4Si+2NaOH+H2O= Na2SiO3+ 2H2Si+4HF=SiF4+2H2Si+2Cl2=SiCl44、硅与碳的化学性质比较点燃C+O2 = CO22C+O2 = 2COC+CuO = Cu+COC+H2O = H2+CO点燃高温C+CO2 = 2CO高温高温C+O2 = CO2第18页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六5、硅的用途（1）硅芯片；半导体材料（2）制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料（3）含硅4%的钢可制变压器铁芯（4）含硅15%

7、的钢具有耐酸性，制耐酸设备第19页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）第20页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅光电池大规模集成电路 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，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。第21页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六1、下列关于硅的叙述，不正确的是（ ）A、硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体B、硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C、硅的化学性

8、质不活泼，常温下不与任何物质反应D、当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应C第22页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六2、下列关于Si的化学性质中正确的是（ ）A、常温下能与任何酸反应B、常温下可与强碱溶液反应C、常温下可与氧气反应D、常温下不与任何酸反应B第23页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六二氧化硅(SiO2) 二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。 硅石硅矿山第24页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六1、二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形（水晶、玛瑙 、沙子）无定形（硅藻土）

9、晶体二氧化硅第25页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六无定形二氧化硅自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遗体，为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强。 第26页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六SiO2、二氧化硅的结构SiO2属于原子晶体SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 第27页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六3、二氧化硅的用途由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。第28页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星

10、期六二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、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。 第29页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六光学纤维胃镜用光导纤维做手术第30页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六实验室使用的石英坩埚第31页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六第32页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六总结：用途: 制造电子元器件、光学仪器 精密仪器轴承、光导纤维、医疗器械 、石英钟、工艺品、玻

11、璃等。第33页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六根据SiO2用途和结构思考:二氧化硅具有哪些物理性质? 化学稳定性如何? 第34页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六无色，沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体4、二氧化硅的物理性质（2）SiO2不溶于水而且不与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温（1）是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O5、二氧化硅的化学性质第35页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六（3）在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3=CO2 +

12、Na2SiO3高温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温（4）特性：能与氢氟酸反应SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O（5）弱的氧化性SiO2+2C= Si+2CO高温工业上用此反应制备粗硅，这就是“从沙滩到用户”！第36页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六二氧化碳CO2二氧化硅SiO2物质分类与碱性氧化物反应与碱反应与水反应与HF反应 均属于酸性氧化物CO2 CaO=CaCO3CaOSiO2=CaSiO3高温CO2 2NaOH= Na2CO3+H2O SiO2 2NaOH= Na2SiO3+H2OCO2 H2O H2CO3不反应不反应SiO2+4HF

13、= SiF4+2H2O二氧化硅与二氧化碳的比较第37页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）A、溶解性：CO2 H2CO3C、熔点：SiO2 CO2（干冰） D、硬度： SiO2 CO22、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是（ ）A、烧碱溶液 B、浓硫酸 C、氢氟酸 D、碳酸钠溶液 CC第38页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六3、要除去SiO2中的CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）A、纯碱溶液 B、盐酸 C、硫酸 D、苛性钠溶液B第39页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅酸盐与无机非金属

14、材料第40页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅酸盐是结构复杂的固态化合物，除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 一、硅酸盐2.硅酸盐的表示方法： （1）化学式法：（2）氧化物法：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙： CaO SiO2第41页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：K2O

15、 3CaO 6SiO2 粘土：Al2O3 2SiO2 2H2O第42页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六（1）物理性质Na2SiO3是白色固体，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种无色粘稠状液体，是一种矿物胶，可做粘合剂。3.硅酸钠（Na2SiO3）第43页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六（2）化学性质 与比硅酸酸性强的酸反应，制备硅酸 2HCl + Na2SiO3 = H2SiO3+ 2NaCl（硅酸的制备方法） 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，热稳定性好（3）用途 可用于建筑、纸张的粘合剂，木材、织物的防腐剂、防火剂等。第44页，共

16、67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六硅酸的性质 物理性质:白色,胶状,不溶于水的弱酸 化学性质:弱酸性，酸性比碳酸弱，能与强碱反应 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3 不稳定性 H2SiO3=H2O+SiO2（3）用途：可作干燥剂和催化剂的载体第45页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六t二、传统无机非金属材料（硅酸盐产品）第46页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六1、玻璃：(2)生产过程： 纯碱、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高温 高温 玻璃的

17、生产原料：(3)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。 (4)玻璃的性能：第47页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六玻璃的种类：a.铅玻璃（用于制光学仪器）防辐射铅玻璃重铅玻璃人造水晶第48页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六b.有色玻璃 【蓝色钴玻璃（CoO3)、红色玻璃（Cu2O）】第49页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六c.钢化玻璃（用于汽车、火车窗）第50页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六 水泥是一种非常

18、重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。2、水泥第51页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六 硅酸三钙（3CaO SiO2）、 硅酸二钙（ 2CaO SiO2 ）、 铝酸三钙（ 3CaO Al2O3）水泥是最重要的建筑材料，普通水泥主要成分是：水泥的特点是水泥具有 ，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。混凝土是 、 和 的混合物，混凝土常用钢筋做结构，就是通常说的钢筋混凝土。水硬性水泥 砂子碎石现在，还发明了各种新式水泥，如矾土水泥、膨胀水泥和混凝土水泥等。第52页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、

19、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。第53页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六隋代烧制的三彩陶骆驼第54页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六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。” 我国江西景德镇素有“瓷都”之称第55页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六江西景德镇所烧制的瓷器第56页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六第57页，共67页，2

20、022年，5月20日，1点25分，星期六1、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；（3）具有光学性质；（4）具有生物功能；三、新型无机非金属材料：第58页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六2、目前几种新型陶瓷材料主要有：高温结构陶瓷，如氮化硅（Si3N4)陶瓷，碳化硅（SiC)陶瓷等。发动机中的氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷（Si3N4 ）是灰白色固体，硬度为9，是最硬的材料之一。它的导热性好且膨胀系数小，可经受低温高温、骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏，因此是十分理想的高温结构材料。 第59页，共67页，2022年，5月20日，1点25分，星期六碳化硅制成的涡轮叶片 碳化硅SiC,俗称金刚砂。熔点高(2450),硬度大(9.2),是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质,会使之出现半导体,作为高温半导体,用于电热元件。作为高温结构陶瓷,日益受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境,现已用作火箭喷嘴,热电偶保护管,热交换器和耐磨、耐蚀的零件。 第60页，共67页，2022年，5月20日，1点2