第一节 无机非金属材料的主角—硅

第四章 非金属及其化合物,第四章 非金属及其化合物,第一节 无机非金属材料的主角 硅,Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3,地壳里所含各种元素的质量百分比,晶体硅,灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,单质硅有晶体硅和无定形硅两种,硅的结构类似于金刚石 熔点很高（1410） 硬度大、有脆性,空间网状结构,导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。,我国的“龙芯”,龙芯CPU首席设计师胡伟武,中星微电子年研发出“星光中国芯”系列数字多媒体芯片，彻底结束了“中国无芯”的历史，颠覆了世界芯片格局。经过多年创新，中星微已经占据了全球图像输入芯片领域以上的市场份额，并成为一家全球为数不多的具有全线手机多媒体芯片产品的半导体公司。目前，中星微电子已经占有手机多媒体芯片国际市场的份额，并占有国内的份额，三星、以及国内所有品牌手机厂商全部采用中星微电子的移动多媒体芯片。,邓中翰,太阳能发电站,常温下，单质硅 化学性质不活泼,硅是一种 亲氧元素,在自然界以化合态存在,石英晶体是结晶的二氧化硅,二氧化硅有结晶形和无定形两类，统称硅石,天然二氧化硅约占地壳质量的 12,水晶,玛瑙,晶体二氧化硅的结构,物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水,石英玻璃,1、信息量大，每根光纤理论上可同时通过10亿路电话。,2、质量小：每公里27g，不怕腐蚀。,4、成本低：每公里1万元左右。,3、性能好，抗电磁干扰、保密性强。,光导纤维，简称“光纤”,信息高速公路的骨架,2009年诺贝尔物理学奖得主“光纤之父”高锟,1966年，提出光纤可以用作通信媒介,矽肺病,游离的二氧化硅粉尘通过呼吸道在人的肺泡上发生堆积，影响气体交换，最后人的肺泡失去作用，肺组织全部纤维化。,目前，全世界没有能够治愈矽肺的特效药。,二氧化硅的化学性质,酸性氧化物,SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O,SiO2 2NaOHNa2SiO3H2O, 特性：与氢氟酸反应,氢氟酸保存在塑料瓶中,刻蚀玻璃,二氧化硅的化学性质,酸性氧化物,SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O,不与水反应,SiO2 2NaOHNa2SiO3H2O, 特性：与氢氟酸反应,硅胶干燥剂,3 5 mL Na2SiO3溶液,滴入12滴酚酞溶液,逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。,硅酸 凝胶,实验 41,静置,滴入酚酞溶液呈红色,Na2SiO3溶液呈碱性,Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 （胶体）+2NaCl,滴入盐酸有硅酸凝胶产生,硅酸难溶于水,课本 P77,H2SiO3,Na2SiO3,硅酸,难溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱,Na2SiO3 + 2 HCl 2 NaCl + H2SiO3（胶体）,实验 42,取两个滤纸条，分别放入蒸馏水和 Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别在酒精灯外焰点燃。观察现象。,水分蒸发后就燃烧,水分蒸发后不易燃烧,Na2SiO3性质稳定，可阻燃,水不能阻燃,课本 P77,H2SiO3,Na2SiO3,硅酸,难溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱,Na2SiO3 + CO2 + H2O Na2CO3 + H2SiO3,Na2SiO3 + 2 HCl 2 NaCl + H2SiO3（胶体）,俗称水玻璃或泡花碱，可溶于水，显碱性,硅石、石英,硅胶,水玻璃泡花碱,熔点高硬度大半导体,熔点高硬度大,固体,不溶,不溶,难溶,可溶,亲氧元素,酸性氧化物与氢氟酸反应,弱酸比碳酸弱,溶液显碱性能与盐酸、CO2 反应,电子产品芯片太阳能电池板,石英坩埚水晶、玛瑙饰品光导纤维光学仪器,干燥剂催化剂载体,制备硅胶粘合剂、防火剂,（2）能得到硅酸的化学反应 A石英和盐酸混合 B水玻璃中通入二氧化碳 C沙子和浓烧碱共热 D二氧化硅和氢氟酸混合（3） 要除去 SiO2 中的 CaCO3 , 最好选用 A水 B盐酸 C硫酸 D烧碱溶液,（1）下列有关二氧化硅的叙述中错误的是( ) ASiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸 ( H2SiO3 ) B硅酸可由SiO2直接制得 CSiO2可与碱性氧化物或强碱反应 D光导纤维的主要原料就是SiO2,硅的工业制法,1.在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法制得粗硅。,2.与氯反应：Si 2Cl2 SiCl4 (温度为400500),3. 生成的SiCl4液体通过精馏，除去其中的硼、砷等杂质。然 后用氢气还原：,“从沙滩到用户”,硅酸盐组成的表示方法,硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。表示方法：金属元素氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“”隔开。,硅酸钠：Na2SiO3可以写成 Na2O SiO2,高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4,钙长石：CaAl2SiO6,Al2O3 2SiO2 2H2O,CaO Al2O3 SiO2,材料世界,无机非金属材料,金属材料,有机高分子材料,硅酸盐与无机非金属材料,高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维等,陶瓷、水泥、玻璃,制玻璃的流程,Na2CO3+SiO2 = Na2SiO3+CO2,CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2,高温,高温,水泥是重要的建筑材料,水泥具有水硬性，跟水掺和搅拌并经静置后很容易凝固变硬，由于水泥具有这一优良的特性，被用作建筑材料。由于它在水中也能硬化，因此是水下工程必不可少的材料。,以粘土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉就得到普通水泥。普通水泥的主要成分：硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙（3CaOAl2O3）等。,水泥生产流程,中国在1889年于唐山建立了第一座水泥厂。1906年在唐山成立启新洋灰股份有限公司。,水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土,水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑用粘合剂，可把砖、石等粘结起来。,水泥、沙子和碎石的