《硅无机非金属材料》参考课件1

第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料1、了解硅的主要性质；2、了解二氧化硅的主要性质。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：

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∆C+O2====CO24、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、二氧化硅与光导纤维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＋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硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.硅酸盐的含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称三、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·

Al2O3·6SiO2

水泥：3CaO

·SiO2·

2CaO·SiO2

玻璃：Na2O

·CaO·

6SiO2粘土：Al2O3·

2SiO2·2H2O

最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液俗称为水玻璃，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂等。3.硅酸钠（Na2SiO3）关于硅酸盐说明：1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称泡花碱；它的水溶液俗称水玻璃，是一种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：[水玻璃可保存在玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞]较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl+Na2SiO3+H2O====H4SiO4↓+2NaClH4SiO4H2SiO3SiO2常温分解受热分解无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃四、硅酸盐工业t

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：1、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：2、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、超导陶瓷等五、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