硅无机非金属材料PPT课件

1、返回返回第1页/共53页返回返回氧硅HClH2CO3酸性CO2C60石墨 金刚石第2页/共53页返回返回第3页/共53页返回返回一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料1半导体材料半导体材料 特指导电能力介于特指导电能力介于 和和 之间的一类材料，之间的一类材料，最早使用的半导体材料是最早使用的半导体材料是 ，现在使用最广泛的半导，现在使用最广泛的半导体材料是体材料是 。2硅的存在硅的存在 在地壳里，硅的含量仅次于在地壳里，硅的含量仅次于 ，全部以，全部以 态存态存在，主要存在形式为二氧化硅和在，主要存在形式为二氧化硅和 。硅单质存。硅单质存在同素异形体是在同素异形体是 和和 。导体绝缘体

2、锗硅硅酸盐氧化合晶体硅无定形硅第4页/共53页返回返回3单质硅单质硅(1)物理性质：物理性质：颜色颜色光泽光泽熔点熔点质地质地导电性导电性 色色 光泽光泽 灰黑金属很高硬而脆 半导体有第5页/共53页返回返回SiO2集成第6页/共53页返回返回二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维1二氧化硅二氧化硅 (1)存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是的主要成分。纯净的二氧化硅又称的主要成分。纯净的二氧化硅又称 。沙子、石英水晶(2)物理性质：物理性质：状态状态颜色颜色熔点熔点硬度硬度水溶性水溶性晶体晶体 溶溶无色高大不第7页/共53页返回返回(3)化学性质：化

3、学性质：具有酸性氧化物的通性：具有酸性氧化物的通性：a常温下常温下SiO2与与 NaOH溶液反应生成盐和水：溶液反应生成盐和水：SiO22NaOH= 。b高温下高温下SiO2与碱性氧化物与碱性氧化物(如如 CaO)反应生成盐：反应生成盐：SiO2 CaO 。Na2SiO3H2OCaSiO3第8页/共53页返回返回特性：特性：与氢氟酸与氢氟酸(HF)反应：反应：SiO2 4HF= 。弱氧化性：弱氧化性：高温下与高温下与C反应：反应：SiO2 2C 。SiF42H2OSi2CO第9页/共53页返回返回2光导纤维光导纤维(1)主要成分：主要成分：SiO2。 (2)用途：用于用途：用于 、能量传输、能

4、量传输、 处理等，处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。了信号传输效率。 通迅信息第10页/共53页返回返回三、硅酸盐和无机非金属材料三、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸盐硅酸盐(1)硅酸钠：其水溶液俗称硅酸钠：其水溶液俗称 ，有黏性。，有黏性。(2)硅酸盐：硅酸盐：性质：硅酸盐性质性质：硅酸盐性质 ，熔点，熔点 ，大都，大都 溶于水。溶于水。水玻璃稳定较高难第11页/共53页返回返回 表示方法：表示方法： 硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠硅酸钠(

5、Na2SiO3)可表示为可表示为 ，钠长石，钠长石(NaAlSi3O8)可表示为可表示为 。 2无机非金属材料无机非金属材料 (1)传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料硅酸盐产品。硅酸盐产品。Na2OSiO2Na2OAl2O36SiO2第12页/共53页返回返回第13页/共53页返回返回水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要主要成分成分及种及种类类硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl2O3)普通玻璃普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)石英玻璃、光学石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、玻璃纤维色玻

6、璃、玻璃纤维土器、陶土器、陶器、瓷器器、瓷器第14页/共53页返回返回水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要主要性能性能水硬性水硬性(与水掺和与水掺和搅拌后凝固变硬搅拌后凝固变硬)，不可逆过程不可逆过程玻璃态物质，无固玻璃态物质，无固定的熔沸点，在一定的熔沸点，在一定温度范围内熔化定温度范围内熔化耐氧化、抗酸耐氧化、抗酸碱腐蚀、耐高碱腐蚀、耐高温、绝缘温、绝缘典型典型设备设备回转窑回转窑玻璃窑玻璃窑陶瓷窑陶瓷窑共同共同特点特点高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐成分复杂的硅酸盐第15页/共53页返回返回(2)新型无机非金属材料：新型无机

7、非金属材料：材料类别材料类别主要特性主要特性示例示例用途用途高温结构高温结构陶瓷陶瓷能承受能承受 ，强度高强度高氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、汽轮机叶片、轴承、永久性模具等永久性模具等半导体半导体陶瓷陶瓷具有具有 特性特性 氧化锡陶瓷氧化锡陶瓷 集成电路中的半导体集成电路中的半导体光学材料光学材料 具有具有 特性特性光导纤维光导纤维光缆通讯、医疗、照光缆通讯、医疗、照明等明等生物陶瓷生物陶瓷 具有具有 功能功能 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷人造骨、人造关节、人造骨、人造关节、接骨螺钉接骨螺钉高温电学光学生物第16页/共53页返回返回第17页/共53页返回返回1判断正误。判断正误。(1)自然界存

8、在硅单质的同素异形体，性质较稳定。自然界存在硅单质的同素异形体，性质较稳定。()(2)单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。()(3)晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，能导电。晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，能导电。()(4)含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性。含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性。()(5)最早使用的半导体材料是硅。最早使用的半导体材料是硅。()第18页/共53页返回返回分析：分析：硅单质存在同素异形体，但自然界中无单质硅。硅单质存在同素异形体，但自然界中无单质硅。硅导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，硅导电性介于导体和绝缘体

9、之间，是重要的半导体材料，最早使用的半导体材料是锗。最早使用的半导体材料是锗。答案：答案：(1) (2) (3) (4) (5) 第19页/共53页返回返回2用短线连接。用短线连接。答案：答案：abcd第20页/共53页返回返回3玻璃的主要成分之一是玻璃的主要成分之一是SiO2，下列物质贮存时应注意：，下列物质贮存时应注意：NaOH溶液浓溶液浓HNO3溴溴Na2CO3溶液溶液(碱性碱性)氢氟酸盐酸水玻璃氢氟酸盐酸水玻璃(1)用玻璃瓶不能配玻璃塞的有用玻璃瓶不能配玻璃塞的有_，可用玻璃塞的有，可用玻璃塞的有_。(2)用玻璃瓶不能配橡胶塞的有用玻璃瓶不能配橡胶塞的有_。(3)不能用玻璃瓶盛装的是不

10、能用玻璃瓶盛装的是_。第21页/共53页返回返回分析：分析：SiO2是酸性氧化物，与碱反应生成硅酸盐粘住瓶是酸性氧化物，与碱反应生成硅酸盐粘住瓶塞不易打开，浓塞不易打开，浓HNO3、溴具有强氧化性，能氧化橡胶。、溴具有强氧化性，能氧化橡胶。氢氟酸与氢氟酸与SiO2反应，腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装。反应，腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装。答案：答案：(1)(2)(3)第22页/共53页返回返回4制取玻璃和水泥都用了共同的原料是制取玻璃和水泥都用了共同的原料是_。答案：答案：石灰石石灰石5向向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2气体，现象是气体，现象是_，反应方程式为：反应方程式为：_，说明酸性说明

11、酸性_。答案：答案：生成白色沉淀生成白色沉淀Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3H2CO3H2SiO3第23页/共53页返回返回6下列哪些材料是新型无机非金属材料下列哪些材料是新型无机非金属材料_。氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 氮化铝陶瓷氮化铝陶瓷氮化钛陶瓷氮化钛陶瓷 硅化硼陶瓷硅化硼陶瓷二硅化铜陶瓷二硅化铜陶瓷 红色玻璃红色玻璃钢化玻璃钢化玻璃 光导纤维光导纤维第24页/共53页返回返回分析：分析：新型无机非金属材料是指具有特殊结构、功能的新型无机非金属材料是指具有特殊结构、功能的新材料。红色玻璃是在原料中加入新材料。红色玻璃是在原料中加入Cu

12、2O使玻璃呈红色，使玻璃呈红色，钢化玻璃是把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然钢化玻璃是把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却而制成的，都属于传统硅酸盐产品。后急速冷却而制成的，都属于传统硅酸盐产品。答案：答案：第25页/共53页返回返回第26页/共53页返回返回第27页/共53页返回返回第28页/共53页返回返回第29页/共53页返回返回 特别提醒特别提醒 (1)硅属于非金属元素，但也具有一定的金属性，硅属于非金属元素，但也具有一定的金属性，如可导电、具有金属光泽等。如可导电、具有金属光泽等。(2)导电性：硅石墨。导电性：硅石墨。(3)酸性强弱：酸性强弱：H2CO3H2SiO3。

13、第30页/共53页返回返回 例例1下列关于硅和二氧化硅说法不正确的是下列关于硅和二氧化硅说法不正确的是()A晶体硅呈灰黑色，是具有金属光泽、硬而脆的固体晶体硅呈灰黑色，是具有金属光泽、硬而脆的固体 B硅的化学性质很稳定，但自然界里无游离态的硅存硅的化学性质很稳定，但自然界里无游离态的硅存在，常温下可与其他物质发生反应在，常温下可与其他物质发生反应C硅和二氧化硅都能与硅和二氧化硅都能与NaOH溶液反应溶液反应 D工业上用焦炭在高温条件下还原二氧化硅来制备硅工业上用焦炭在高温条件下还原二氧化硅来制备硅说明通常情况下还原性说明通常情况下还原性CSi. .第31页/共53页返回返回答案答案D第32页/

14、共53页返回返回 (1)自然界中存在游离态的碳，却不存在游离态的硅。自然界中存在游离态的碳，却不存在游离态的硅。 (2)二氧化硅与焦炭在隔绝空气的条件下制取粗硅时，二氧化硅与焦炭在隔绝空气的条件下制取粗硅时，生成的是生成的是CO而不是而不是CO2。第33页/共53页返回返回第34页/共53页返回返回二氧化硅和二氧化碳性质的比较二氧化硅和二氧化碳性质的比较名称名称SiO2CO2物理物理性质性质颜色颜色无色无色无色无色状态状态固体固体气体气体熔沸点熔沸点很高很高很低很低硬度硬度大大小小溶解性溶解性不溶于水不溶于水可溶于水可溶于水第35页/共53页返回返回名称名称SiO2CO2化学化学性质性质类型类

15、型硅酸酸酐、硅酸酸酐、酸性氧化物酸性氧化物碳酸酸酐、碳酸酸酐、酸性氧化物酸性氧化物与碱与碱(NaOH)SiO22NaOH= Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2OCO2过量时生过量时生成成NaHCO3第36页/共53页返回返回第37页/共53页返回返回第38页/共53页返回返回 例例2下列说法中，正确的是下列说法中，正确的是()ASiO2和和CO2均由分子直接构成均由分子直接构成BCO2、SiO2都是酸性氧化物，不与任何酸反应都是酸性氧化物，不与任何酸反应 CCO2和和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应化钙反应 DCO2、

16、SiO2分别是分别是H2CO3、H2SiO3的酸酐，因而均可的酸酐，因而均可由由CO2、SiO2与水反应制得相应酸与水反应制得相应酸第39页/共53页返回返回 解析解析SiO2直接由硅原子、氧原子构成，直接由硅原子、氧原子构成，CO2是由是由CO2分子构成，分子构成，A错；错；SiO2能与氢氟酸反应，能与氢氟酸反应，B错；错；CO2、SiO2与与CaO反应生成反应生成CaCO3和和CaSiO3。SiO2不溶于水，不能与水反不溶于水，不能与水反应生成应生成H2SiO3，D错。错。 答案答案C第40页/共53页返回返回第41页/共53页返回返回第42页/共53页返回返回1表示方法表示方法(1)化学

17、式法：化学式法： 如硅酸钠如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙、硅酸钙(CaSiO3)等。此法一般用等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。于组成比较简单的硅酸盐。 (2)氧化物法：氧化物法： 硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式来表示它的组成，通式为来表示它的组成，通式为aMxOybSiO2cH2O。第43页/共53页返回返回 当金属不止一种时，先写活泼金属，再写较活泼金当金属不止一种时，先写活泼金属，再写较活泼金属，然后是二氧化硅，最后写水。属，然后是二氧化硅，最后写水。 氧化物化学式之间用氧化物化学式之间用“”隔开，化学式前的系数只能隔

18、开，化学式前的系数只能取整数，且只代表该氧化物本身。取整数，且只代表该氧化物本身。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽量按配置前后原子个数守恒原则配置系数。量按配置前后原子个数守恒原则配置系数。例如：硅酸钠：例如：硅酸钠：Na2SiO3Na2OSiO2，石棉：石棉：Mg3Ca(SiO3)4CaO3MgO4SiO2。第44页/共53页返回返回2硅酸钠硅酸钠 (1)物理性质：可溶于水，水溶液俗称物理性质：可溶于水，水溶液俗称“水玻璃水玻璃”。“水玻水玻璃璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。 (2)化学性质：易与酸反应。化学性质：易与酸反应。 与强酸反应：与强酸反应：Na2SiO3