--第1节--硅--无机非金属材料

1、【同步教育信息】.本周教学容：第4章第1节硅无机非金属材料二.教学目的U掌握硅及二氧化硅的重要性质，了解其应用。2、体会物质的性质与材料性能的密切关系。3.认识新材料的开发对人类生产.生活的重要影响。三.教学重点.难点硅及二氧化硅的性质 四.知识分析(一)导体材料与单质硅1、 半导体材料半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是 猪,但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储疑丰富。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。2、单质硅(1) 物理性质：单质硅有晶

2、体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高(1410乜)，是良好的半导体材料。(2) 化学性质：常温下不活泼，只与 F2及HF和强碱反应。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。Si + 2F2 =SiF,Si + 4HF = SiF, t + 2H2 tSi+ 2NaOH + H20 = NazSiO? +2 H2 tAASi+ Oj :Si () 2 Si ? 2C12 = SiCll(3) 硅的制备由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在 工 业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体

3、材料的高纯硅。制粗硅：Si02 + 2C Si + 2C0 tA制亦沱品： Si ? 2C12 = SiCHSiCH ? 2H2 = Si * 4IC1(4> § 的g枝可用来制谩桑成电略.电泊.与夏海只琴？ 4合金耳用来H逢交庄Q修芯.？煜$：判命下男说法是帝正 3: 不能4住液员感敏出员气 不tt岭*仝隼版庚S白炖恳中含犬量的砂单攻？玖含受仪次于氨(D x x ? x >(二)二鼠化虢劭光 &千戒L二鼠化4的停庄二氛牝农? =? X见的有沙乎石英衍水A?另卉二鼠代株电是构戌世石的沌；？的二鼠化砂A体堇无，色？ $点齐？?不港于水.也不莎千真他一横的浮制?&am

4、p;? *二鼠化咎化竽it听孑活淇。爱一种怪鼠化楝。京通下与真软展厌总 ？与溶裁绳慢反 湛下Si 02+ 4HF = Si Fl t + 21120Si+ 2Na0H = NazSiO? + H2OSi 0> + CaO CaSiO:.负软陵十能廉存在做弭抵中,Sttff在塑H相中？NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。4、二氧化硅的用途(1) 石英可用于制作石英表和石英玻璃。(2) 石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。(3) 水晶常用来制造电子部件.光学仪器和工艺品等。(4) SiO,被用于制造高性能的现代通讯材料一一光导纤维，光导纤维除用于通讯外，还

5、可用于能量传输，信息处理遥测遥控和医疗器械(如光导纤维窥镜制造等方面。光导纤维作为通讯材料的优点是克服了芦音信号和图像信号在铜丝和铝丝这两种传统媒介中传播损耗大的缺点，并节约了大量的金属资源。(三)硅酸盐与无机非金属材料1、硅酸硅酸为白色粉末状固体，不溶于水，其酸性比碳酸还弱(也可由硅的非金属性比碳弱推 出)， 其化学式为 WSiOso Si (h是硅酸的酸乾，但Si02不溶于水，所以不能用 Si02与水直 接反应得到 比SiOs而只能用可溶性硅酸盐与酸反应制得。如：Na2SiO3 + CO2 + H2O = NaoCOa + H.SiO. I出Si03在加热条件下失水变为 Si02 : H2

6、SiO; i SiO, + H2O2、硅酸盐(1) 硅酸盐在自然界中的存在硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿石，约占地壳的5%,粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。(2) 硅酸盐组成的表示方法硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，具组成的表示方法有两种。 化学式法：一般用于组成较简单的硅酸盐。如：硅酸钠Na2SiO3;硅酸钙C/SiOj 氧化物法：常用的表示方法。如：镁撤榄石(MgaSiO,) 2MgO - SiO2高岭石(AI2 (SiA) (OH) 4) AS ? 2SiO

7、2 ? 2H20正长石(2KAlSi 心)K' O ? A1O ? 6SiO?说明：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属氧化物一较不活泼金属氧化物一二氧化硅一水 硅酸钠硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。3、无机非金属材料(1)传统无机非金属材料玻璃原料：生产普通玻璃的主要原料是纯疏(NaOJ,石灰石(CsCOJ和石英(SiO,)。主要设备：玻璃熔炉反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：CaCOA + SiO, CaSiOs + CQ tCaSiO “ NaSiO3 和Na2c

8、0s + SiQNa2SiO3 + CO21主要成分：制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以，普通玻璃是SiO2熔化在一起得到的物质，其物质的量之比为 1:1:4,因此玻璃可表示为：N氐0 00 <6SiO,主要性 质：硬而脆，受热时在一定温度围逐渐软化，没有一定的熔点，故作玻璃态物质,耐酸腐蚀(HF除外)o水泥a.普通水泥的主要成分为硅酸三钙 (3C30? Si0J,硅酸二钙(2Ca0? Si ()2)和铝酸三 钙(3Ca0 ? ALOa)等。b.水泥的待点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌弁静置后，很容易凝固变硬。c?混凝土是指水泥.沙子和碎石的混合物，混碾土常用钢筋作结构，这就是通常所说

9、的钢筋混凝土。(2)新型无机非金属材料类别示例特性用途高温结 构瓷氮牝硅鎏硬度极高，耐磨损，耐高温，抗 腐蚀，抗氧化能力强，电绝汽轮机叶片、轴承、发动机部 件、永久性模具碳化硅鎏硬度仅次于金刚石，耐高温，且 在室温下能导电电热元件氧化铝瓷氧化 错瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水， 对人体组织有较好的适应 性， 可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼压电 瓷钛酸领瓷钛酸 铅瓷可将极其微弱的机械振动转换 成信号声呐系统、气象检测、遥控环 境保护、家用电器、压电地 震仪【典型例题】例1?有一粗硅，含铁和硅两种杂质，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，则该粗硅中铁和硅的

10、关系正确的是()A.轲用的lifter I ： iR恂版的受比*2 ： IC 仅 11 比 *4 ： IU ?比为 2: 1B C解析：粗枝与生酸从总是帙片益酸厌JS Fq *21101 Fc<12 ? It2 1 ; fli母与缄庚&是号与H反龙 Si ? 23H ? 1120 - Nn2SiO3 ? 2IC 1国您出笔量负气.则帙写号的饰攻的量 Z比步2： 1?质受比*1： U?仗的检败？是反怪公析勺苗隼龙量计第相隔合的.注$4f写牝学方&丈的应3伦？例2.下男说空不正*的爱>A.田力引也 不莎千水.械H2SM3不是Si02itSiOCZ不是ICSi03对庄的酸

11、阱B. C02通入戊菽3M可以得引蛙殴沉淀C. Si?2爱一种左间M体内伙依徇的 A体.博.点*?羲?皮大!>.艮&就够欣那？ 致壬能用玫瑁版优0氢氧殴柠寓：AM*? Si M44fr. H2SHW 中 Si 力 14 U. L ICMI?： ! ?- SiOS + H20 ? tU 钳很？ R 发殳的及 S: &>2SiOG和 * 1 凶 一 13MH ?&2CO3生的 EM 为：Si02 - SiF11 * 21120点说：的栓股 Bt簧注龙总ft? : f吏注？Wft： M要坊彳复一畿规It?还,3逆着魂6禅？Ml下列洛滇中如入？代仪落滇士戌白色沉没？

12、在“入躺4破齐？白色沉没不消失的是(>A. NA2SiO3B. Nn2CtBC. SU2SO3Dl Na3TOIMfr ： BaCttl 和 Ba3<roi )2 均力白色淀？二 #均浮于 123 ? BaSiO3 IW03 6X +X lt2SiO3. BoS03 落千晴酸姓成 IhSOf.例4. z?*ttA体扶用来治疗*茨拓病息#的?残边寥症？是田为彳复箱债不落于水.厦用冷屹中*>W? ftfl#久。三母残泯低代辛式力：3：则？昨，（i>用氟化恂的衫丸遇示三勺殴0的化铮扎（2>写出该陆梅中和*陕的化学方索式？与炙：（I） 2M0 ? 3SiO2 ? nH20

13、（2> 2JkO ? 3SiO2 ? nH20 ? IIIC1 -力口 12 ? < n*2 > 1120 * 3SiOQK析：用氨化林的衫式*乐仗晴幺的肝傩.应注尊书右4则：话浅舍氯化梅.二黑!化绘？ *卡/接不三嫌债与笛（庚应？详乡同宰*易到无从下羊.区从氯化Ur形丸串马.璃桧氛牝舍甫肿）t4 £*O? r;奄与后？ Jl盛可少戊伎攻？*?耳出正陵白方思式.讦注：*愿于直了林H余的您抹用龟牝崭的形丈聚示匹个加识.点？同H*?!包涉灵？敲生在土活中的应用？B蔓时虫注*只肯做他良化协才施耳咳茨应至我生和水?一.选择题（每题有1或2个正确答案）L下列叙述正确的是（）A

14、.自然界中存在大量单质硅B.石英、水晶、硅石的主要成分是二氧化硅C.二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸碱发生化学反应D.自然界中二氧化硅都存在于石英矿中2.可制造熔化烧减的堆锅材料是（）A.铁B?瓷C.氧化铝D.石英3 .磷酸钙瓷也是一种新型无机材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用了这种材料的D.A.耐高温特性B.电学特性C.光学特性生物功能4 .硅酸铜钗是当今最新科学技术合成的一种物质，然而科学家却惊奇的发现，我国朝兵马俑的一种颜料竟是硅酸铜顿。由以上事实推测关于硅酸铜钗的说法错误的是（）A.易溶于水B.难溶于水C.属于硅酸盐 D.属于混合物5 .下列离子方程式不正确的是（）20H +C0>

15、; =C07+比0A.向烧戚溶液入过量的二氧化碳CO/ + C02 + H2O =2HC0 ;B.向纯碱溶液入足量的二氧化碳SiO? + CO2 + H' O =H2Si（h I + CO/C.向水玻璃入少量二氧化碳2C10 + C0> + 1L0 = 2HC10 + co; r6.将过量的二氧化碳分别通入 CaCl2溶液；N出SiQ溶液；Ca （C10） 2溶液；饱和WCO溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是（）A. ? （DB.C. ?D. ?7.在反应SiO, + 3C SiC + 2C0f中，氧化剂与还原剂的质量比是（）A. 36 - 60B. 6O - 36C 12D.

16、1:3& TW*? 1在主久中不寺鹰*符羲发初酸仗玄气中的*?>交对.且能祈出四律.不盗解的是<R.农玻璃 <Na2Si（? >C. it危化艮D.氯化仔9.下列物品或设备：水泥路桥；门窗玻璃； 水晶镜片：石英钟表；玛 瑙手镯；d 硅太阳能电池；光导纤维；计算机芯片。其中所用材料为SiO,或用D.A. （D? 1B.全部C. ?< ）到SiO?的是（）10?有关硅元素的下列叙述中正确的是（）A.常温时硅可和强碱溶液反应B.硅与任何酸都不反应C.硅是构成矿物岩石的主要原料，具化合态硅几乎全部是硅石和硅酸盐D.硅的性质很稳定，能以游离态存在于自然界二、填空题1

17、1.物质的组成可用不同形式表示：(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式 (改写时注意金属氧化物在前，非金属氧化物 在后,低价在前，高价在后)镁橄榄石(Mg2SiOJ 高岭石 Al 2(SiA) (0H)<(2)许多含氧酸及其盐类均可以类似硅酸盐的改写为氧化物形式，请继续改写下列物质:2HN(h ,HCOOH,2KA1(S02? I2H2O,通过以上改写可知，HNOa的酸肝为 .HCOOH与浓HoSOt反应可制成 气体。12 .氮化硅是一种高温瓷材料，它的硬度大、熔点高.化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300c反应获得。(1)写出氮原子的结构示意图：“根据元素周期律知识，请写出

18、氮化硅的化学式;(2)氮化硅瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该瓷被氢氟酸腐蚀的化学式为(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化 硅。反应的化学方程式为：。13 .常用的干燥剂硅胶，是网状多孔物质，主要成分为 Si?,其中含水约为4%,制法是 将硅酸 减压条件下加热到300T,使之分解。现以石英.纯碱、盐酸为原料，生产硅胶，试 按生产顺序写 出各步反应的化学方程式。三、计算题14 .已知硅和铝都能与碱溶液反应,反应的离子方程式分别为：Si+ 20H +H2O = SiO/ +2H2 t2A1 + 20H' + 6H2O = 2 (A1(OH)< 厂 + 3H2 t现有铁.硅、铝的混合物13灯当与足量的盐酸反应时，生成标准状况下的氢气的体枳为11.2L;11.2L0求原混合物中各成分的质量。. 若将等质量的混合物与足量的氢氧化钠溶液反应时生成的氢气在标 :准状况下也是 >暮1今天所做之事勿候明天，目己所做之事勿候他人。严一籍试题答案一、选择题(每题有1或2个正确答案)1. B 2. A 3. D 4. AD 5. A 6. B 7. C 8. B 9. A 10. AC二、填空题11.