硅无机非金属材料

硅无机非金属材料第1页，课件共67页，创作于2023年2月1、了解硅的主要性质；2、了解二氧化硅的主要性质。第2页，课件共67页，创作于2023年2月你知道硅谷吗？第3页，课件共67页，创作于2023年2月你知道硅谷吗？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，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月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

。锗硅第6页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月氧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，课件共67页，创作于2023年2月观察硅单质的实物图片并阅读教材P108第一段，总结硅的物理性质第9页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月碳族元素在元素周期表中的位置第11页，课件共67页，创作于2023年2月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第12页，课件共67页，创作于2023年2月晶体硅的结构第13页，课件共67页，创作于2023年2月（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======SiCl4②2、硅单质的化学性质（1）常温下，化学性质稳定第14页，课件共67页，创作于2023年2月（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↑第15页，课件共67页，创作于2023年2月制粗硅：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，课件共67页，创作于2023年2月

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，课件共67页，创作于2023年2月

碳（C）

硅（Si）常温下很稳定，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====SiF4∆Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+4HF====SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2====SiCl4∆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高温高温C+O2====CO2第18页，课件共67页，创作于2023年2月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%的钢具有耐酸性，制耐酸设备第19页，课件共67页，创作于2023年2月硅芯片的使用，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，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月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C第22页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月二氧化硅(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，课件共67页，创作于2023年2月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）晶体二氧化硅第25页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月光学纤维胃镜用光导纤维做手术第30页，课件共67页，创作于2023年2月实验室使用的石英坩埚第31页，课件共67页，创作于2023年2月第32页，课件共67页，创作于2023年2月总结：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、玻璃等。第33页，课件共67页，创作于2023年2月根据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，课件共67页，创作于2023年2月无色，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，课件共67页，创作于2023年2月（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）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，课件共67页，创作于2023年2月二氧化碳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====CaCO3CaO＋SiO2====CaSiO3高温CO2＋2NaOH====Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH====Na2SiO3+H2OCO2＋H2OH2CO3不反应不反应SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O二氧化硅与二氧化碳的比较第37页，课件共67页，创作于2023年2月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CC第38页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月

硅酸盐与无机非金属材料

第40页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月高岭石：Al2O3·

2SiO2·2H2O石棉：CaO

·

3MgO·4SiO2

沸石：Na2O

·Al2O3·

3SiO2·2H2O云母：

K2O·3Al2O3·

6SiO2·2H2O长石：K2O·

3CaO

·6SiO2

粘土：Al2O3·

2SiO2·2H2O第42页，课件共67页，创作于2023年2月（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，课件共67页，创作于2023年2月（2）化学性质①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）

②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，课件共67页，创作于2023年2月硅酸的性质

①物理性质:白色,胶状,不溶于水的弱酸②化学性质:弱酸性，酸性比碳酸弱，能与强碱反应

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3

③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，课件共67页，创作于2023年2月t二、传统无机非金属材料（硅酸盐产品）第46页，课件共67页，创作于2023年2月1、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：第47页，课件共67页，创作于2023年2月⑤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，课件共67页，创作于2023年2月b.有色玻璃

【蓝色钴玻璃（CoO3)、红色玻璃（Cu2O）】第49页，课件共67页，创作于2023年2月c.钢化玻璃（用于汽车、火车窗）第50页，课件共67页，创作于2023年2月

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、水泥第51页，课件共67页，创作于2023年2月硅酸三钙（3CaO●SiO2）、硅酸二钙（2CaO●SiO2

）、铝酸三钙（3CaO●Al2O3）①水泥是最重要的建筑材料，普通水泥主要成分是：②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③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，课件共67页，创作于2023年2月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。第53页，课件共67页，创作于2023年2月隋代烧制的三彩陶骆驼第54页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月江西景德镇所烧制的瓷器第56页，课件共67页，创作于2023年2月第57页，课件共67页，创作于2023年2月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，课件共67页，创作于2023年2月2、目前几种新型陶瓷材料主要有：①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，课件共67页，创作于2023年2月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,