41无机非金属材料的主角-硅【上课用】.ppt

非金属及其化合物 第一节无机非金属材料的主角 硅 美国的硅谷 斯坦福科研工业区 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旧金山南郊 圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长 公里 宽 公里的长条形地带上 由于它集中了全世界 0 以上的著名半导体公司 而半导体的基本元件是硅片 所以该地区被称为 硅谷 硅谷siliconvalley 1 画出碳和硅的原子结构示意图 分析 既不易失电子 又不易得电子 主要形成四价的化合物 硅元素 Si 硅在自然界的存在形态 没有游离态 只有化合态 以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中 2 硅元素在自然界中的存在 常温下 单质碳 硅的化学性质都不活泼 为什么碳在自然界中有稳定的单质 金刚石 存在 而硅却没有 说明了什么 阅读 课本P74 1 存在 硅石 12 结晶形 石英 无定形 沙子 水晶 玛瑙 阅读课本P75 一 二氧化硅 2 用途 3 物理性质 固体 1610 2230 不溶 大 Si O 4 二氧化硅的晶体结构 课本P75 四面体结构 每个Si接4个O 每个O接2个Si 是由Si和O按1 2的比例所组成的立体网状结构的晶体 5 化学性质 性质稳定 不活泼 SiO2 CaO CaSiO3 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 高温 1 是酸性氧化物 Na2SiO3可溶于水 其水溶液俗名水玻璃 是一种矿物胶 A 与强碱生成硅酸盐和水 B 与碱性氧化物生成盐 2 难溶于水 不与水反应 4HF SiO2 SiF4 2H2O 3 SiO2的特性 与氢氟酸 HF 反应 用途 雕刻玻璃 讨论 1 为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞 玻璃中含SiO2 2 实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸 用塑料瓶保存氢氟酸 1 向饱和Na2SiO3溶液中滴入酚酞 再滴入稀盐酸 滴入酚酞溶液呈红色 Na2SiO3呈碱性 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 滴入盐酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水 二 硅酸 H2SiO3 2 把稀硫酸加入到Na2SiO3溶液中 会有什么现象 滴入硫酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水 白色胶状沉淀 Na2SiO3 H2SO4 H2SiO3 Na2SO4 3 把二氧化碳通入到Na2SiO3溶液中 Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3 结论 硅酸是一种比碳酸酸性还弱酸 溶解度小 注 1 硅酸的制备 2 原硅酸 77实验 硅酸钠 水溶液俗称 水玻璃 具有粘性和阻燃性 用作肥皂填料 木材防火剂及胶粘剂等 三 硅酸盐 由硅 氧和金属组成的化合物的总称 观察现象并填写下表 木条先变干 后燃烧 木条变干 不燃烧 Na2SiO3的水溶液可用作木材的防火剂 2 硅酸盐组成的表示 课本P77 用金属氧化物 二氧化硅 水的化学式表示 钾云母 K2H4Al6Si6O24 K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 3 硅酸盐产品及用途 陶瓷 玻璃 水泥 四 硅 Si 硅有晶体硅和无定形硅两种 物理性质 1 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 2 熔 沸点高 硬度大 3 晶体硅是良好的半导体 化学性质 不活泼 常温下 硅的化学性质不活泼 除氢氟酸 氟气 强碱外不跟其他物质如 氧气 氯气 硫酸等起反应 但在加热情况下 硅也能跟一些非金属反应 3 硅的用途 集成电路 晶体管 硅整流器等半导体材料 还可以制成太阳能电池 硅的合金可用来制造变压器铁芯等 集成电路晶体管 1 SiO2 2C Si 2CO 粗硅 若C过量 SiO2 3C SiC 2CO 2 Si 2Cl2 SiCl4 3 SiCl4 2H2 Si 4HCl 高纯硅 4 硅的制备 高温 高温 高温 高温 氧化剂 还原剂质量比 1 2 0 4 2 碳化硅 俗名 金刚砂 课本P78 玻璃 1 玻璃 原料 纯碱 石灰石 石英设备 玻璃窑条件 高温熔融主要反应 主要成份 硅酸钠 硅酸钙 二氧化硅 高温 SiO2 CaCO3 CaSiO3 CO2 SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2 高温 玻璃 玻璃 有色玻璃 钢化玻璃 加入了不同的金属氧化物 普通玻璃加热接近熔化再急速冷却 水泥 2 水泥 原料 黏土 石灰石 石膏设备 水泥回转窑条件 煅烧主要成份 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙等 陶器 瓷器 3 陶瓷 原料 黏土条件 高温烧结 描述景德镇的陶瓷有这样一句话 薄如纸 声如磬 色如玉 硅酸盐产品简介 新型无机非金属材料的优点 1 能承受高温 强度高 2 具有电学特性 3 具有光学特性 4 具有生物功能 玻璃刀 玻璃刀轮片 红宝石为轴的雷达表 人造金刚石锯片 新型无机非金属材料之一 高温结构陶瓷 压电陶瓷 79科学视野 新型陶瓷 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 新型陶瓷的用途之一 航天飞机的 防火衣 防热瓦 生产过程 使用硅土黏合剂将低密度非晶硅增强纤维粘合成长15cm 宽15cm 厚2 10cm的拱形瓦 经过高温烧结 再在表面涂上一层高温结构陶瓷 就成了一块防热瓦 高温结构陶瓷的应用 防热瓦的优点 耐热 可承受 2000 防潮耐磨超群的隔热能力反射太阳光可重复使用 高温结构陶瓷的应用 航天飞机 高温结构陶瓷的应用 资料 两年半前 正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦 导致美国的 哥伦比亚 号返航时在空中解体 高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现 因为它具有耐高温 耐氧化 超强 超硬等优点 它可以在各种恶劣环境下使用 同时 也是制造汽车发动机 喷气发动机的理想材料 可以大大提高能源的利用率 可以使汽车跑得更快 飞机飞得更高 高温结构陶瓷的应用 超导陶瓷 所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大 当金属的温度降低时 它的电阻减小 当温度降到 269 液氮温度 为4K 左右时 水银的电阻变为零 这种现象叫超导现象 我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K 处于世界领先水平 超导陶瓷 生物陶瓷 这种陶瓷强度大 韧性好 与人体亲和力好 目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料 在这一领域我国处于世界领先水平 压电陶瓷 利用陶瓷 还可实现多种功能互换 如安放在