硅 无机非金 属材料

第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料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。半导体材料导电能力介于导体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。

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。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)在地壳中的含量观察硅单质的实物图片并阅读教材P108第一段，总结硅的物理性质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电子数与它相同？+14284碳族元素在元素周期表中的位置晶体硅的结构（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=====SiO2△①Si+2Cl2======SiCl4②高温2、硅单质的化学性质（1）常温下，化学性质稳定（2）常温下只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+2F2====SiF4Si+4HF====SiF4↑+2H2↑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：高温Si+2Cl2====SiCl4（粗硅）高温SiCl4+2H2====Si+4HCl（高纯硅）提纯：Si+O2====SiO2Si+2Cl2====SiCl4Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+4HF====SiF4↑+2H2↑Si+2F2====SiF4∆∆4、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∆C+O2====CO25、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%的钢具有耐酸性，制耐酸设备硅芯片的使用，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）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。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C2、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。硅石硅矿山二、二氧化硅1、二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形无定形晶体二氧化硅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

无色，沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体．3、二氧化硅的物理性质（2）不能与水反应SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2OSiO2+CaO====CaSiO3

高温（1）是酸性氧化物SiO2+2OH—====SiO3

2-+H2O4、二氧化硅的化学性质（3）在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3====CO2

+Na2SiO3高温SiO2+CaCO3====CO2

+CaSiO3高温（4）不与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF====SiF4

+2H2O（5）弱的氧化性SiO2+2C====Si+2CO高温均属于酸性氧化物CO2＋CaO====CaCO3CaO＋SiO2====CaSiO3高温CO2＋2NaOH====Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH====Na2SiO3+H2OCO2＋H2O====H2CO3不反应不反应SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O二氧化硅与二氧化碳的比较5、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。光学纤维胃镜水晶、玛瑙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。

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

<SiO2B、酸性：H2SiO3>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CC3、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试剂二氧化硅氢氧化钠溶液氢氟酸浓硫酸试剂瓶细口瓶，玻璃塞广口瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞实验室有几种试剂，根据它们各自的性质，选择适当的试剂瓶盛放。请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。迁移·应用传统硅酸盐产品玻璃陶瓷水泥1.硅酸（H2Si03）

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。2.硅酸钠（Na2SiO3）Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，常用作粘合剂。往硅酸钠溶液中通入CO2制得硅酸，反应方程为：Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3硅酸及硅酸盐3.硅酸盐（1）硅酸盐制品性质、熔点，大都于水。硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。表示方法:a.表示顺序为：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；b.氧化物之间用“●”隔开；c.氧化物的系数若出现分数时应化为整数。如:钾长石(KAlSi3O8):K2O●Al2O3●6SiO2硅酸钠（Na2SiO3）Na2O.SiO2钠长石（NaAlSi3O8)Na2O●Al2O3

●6SiO2稳定较高难溶无机非金属材料材料无机非金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维传统无机非金属材料新型无机非金属材料水泥、玻璃、陶瓷

高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维Fe、Cu、Al、合金等

无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃三、硅酸盐工业t1、玻璃：(2)生产过程：纯碱、石灰石和石英。

Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温高温⑴玻璃的生产原料：(3)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2O·CaO·6SiO2；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：普通玻璃的生产过程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。(2)生产过程：黏土和石灰石两磨、一烧。研磨→煅烧→再磨成细粉；硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)混合物铝酸三钙(3CaO·Al2O3)(1)水泥的生产原料：(3)普通硅酸盐水泥的成分：2、水泥(4)水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物——建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土：水泥砂浆：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。隋代烧制的三彩陶骆驼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”之称江苏宜兴江西景德镇陶都：瓷都：江西景德镇所烧制的瓷器传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、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；（3）具有光学性质；（4）具有生物功能；2、结构材料——高温结构陶瓷：氧化铝陶瓷氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品1.下列物质中属于纯净物的