硅无机非金属材料

1、第1节硅无机非金属材料一、单质硅与半导体材料1、硅硅在自然界的存在 ;硅在地壳中的含量仅次氧，储量丰富，现已成为应用广泛的半导体材料。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。硅的化学性质：常温下不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。加热条件下，可与 氧气反应：Si + O 2 加热=S©Si + 2F2 = SiF 4Si + 4HF = SiF 4 T + 2甩 TSi+2NaOH+HO=NgSi03+2H T硅的工业制法：工业上，用焦炭在电炉中

2、还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯。SiO2 + 2C 竺 Si + 2C0 T制高纯硅：Si+2Cl 2高L SiCl 4 SiCl4+2H高.Si+4HCl硅的主要用途：作半导体材料；制造太阳能电池；制造硅合金等。硅不但用于制造晶体管、集成电路，还用于制造硅整流器和太阳能电池等。此外，硅合金的用途也很广。如含硅4%的钢具有良好的导磁性，可用于制造变压器铁芯；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性 ,可用于制造耐酸设备。2、半导体材料半导体材料是指导电能力介于于导体和绝缘体之间的一类材料。.氧化硅与光导纤维1、二氧化硅二氧化硅的存在及其物理性质：二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主

3、要成分就是二氧化硅SiO2 的物理性质：沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体.二氧化硅晶体是由由氧原子和硅原子构成的化学性质：SiO2是熔点最高的非金属氧化物，具有弱氧化性和酸性氧化物的通性1、与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4f +2HO（氢氟酸腐蚀玻璃）（二氧化硅的特性）2、高温与碳反应：SiO2+2C高温= Si+2CO f、SQ2+3C 高® = SiC+2CO f （二氧化硅的弱氧化性）3、 高温和碳酸盐反应：SiO2+NsbCQ高温=NstSiOs+COf、SiQ+CaCO± CaSiO3+COf（工业制玻璃）4、SiO2+CaO豐=CaSiO 3 （炼

4、铁中除炉渣）5、SiO2+2NaOH=N2SiO3+HO （盛碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞）思考1、 实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸（HF）?2、 实验室盛放 NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道是为什么吗？二氧化硅的用途：（1）水晶用于制造电子仪器的重要部件、光学仪器、工艺品（2）光导纤维原料（3）制玻璃2、光导纤维光导纤维（二氧化硅）主要特性抗干扰性能好，不发生辐射；通讯质量好；质量轻、耐腐蚀主要用途用于通讯外，还用于医疗、信息处理、遥测遥控等三、硅酸盐与无机非金属材料无机非金属材料一般耐高温、温度高、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。主要包括陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等硅

5、酸盐材料是传统的无机非金属材料。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。玻璃、水泥是常见的硅酸盐材料。1、硅酸钠Na 2SQ3，水溶液俗称水玻璃，具有碱性。贮存：盛NaaSiQ溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。碱溶液及水解成碱性的溶液都不能用带玻璃 塞的试剂瓶贮存。变质：Si032-+CQ+HO=cO- +HSQ3 J表示：组成较复杂，通常用氧化物形式表示，表示方法：金属氧化物.mSiO2. nH20女口： Na2SiO3 （水玻璃）Na2O SiO2试一试：高岭石 Al 2（Si2O 5） （OH） 4 2、玻璃普通玻璃的主要原料是纯碱（Na2CO3 ）、石灰石（CaCO3）、石英（SiO2）,

6、生产过程中主要的化学反应：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 f NaCO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 f普通玻璃的主要成分：SiO2、CaSiO3、Na2SiO33、水泥水泥的主要原料是石灰石和黏土，普通水泥的主要成分是：硅酸二钙:2CaO SiO2、硅酸三钙：3CaOSiO2、铝酸三钙：3CaOAI2O3水泥具有水硬性，与水掺和搅拌并静止后，很容易凝固变硬。由于具有这一优良特性，水泥才被广泛用做建筑材料。水泥、沙子和碎石的混合物叫做混一.混凝土常用钢筋做结构，这就是通常所说的钢筋混凝土 钢筋混凝土强度大，常用来做高楼大厦、桥梁等高大建筑。4、新型无机非金属材料的主要品种、性

7、能及用途氧化铝（AI2O3 ）陶瓷（人造刚玉）主要持性高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无毒、不溶于水，强度高；对 人体有较好的适应性主要用途高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等氮化硅（Si3N4）陶瓷主要持性D超硬度，耐磨损；抗腐蚀，咼温时也抗氧化；抗冷热冲击而不碎裂；耐哥温且不易传热；本身具有润滑性主要制用途别造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机申发动机部件的受热面等【例题】例1有科学家提出硅是“ 21世纪的能源” “未来的石油”的观点。假如硅作为一种普通使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不

8、妥的是（）A. 便于运输、储存，从安全角度考虑，贵是最佳的燃料B. 自然界的含硅化合物易开采C. 硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制D. 自然界存在大量单质硅例2.下列说法正确的是（）A . SiO2溶于水显酸性B. CO2通入水玻璃中可得到硅酸C. SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D. 因为SiO2不溶于水，故 H2SQ3不是SiO2对应的酸或者说 SiO2不是H2SQ3对应的 酸酐。例3、下图中A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。请填写以下空白：A 、 B(1) A、B、C、D的化学式分别为

9、 、.1.1点燃D C(2) A - B的化学方程式 (3) CD的离子方程式 例 4.A、B、C、D、E代表单质或化合物，他们之间的关系如图,A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空:加碳A E高温氢氧化钠溶液 d H2O(1)单质A的原子结构示意图为，它的最高价为(2) B的化学式(分子式)为,B和碳反应生成 A和E的化学方程式(3) C的化学式(分子式)为,D的化学式是例5.下列说法不正确的是()A、制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石B 普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是晶体C等物质的量的SiO2与CaCO在高温下煅烧，残留物质为一纯净物D石英玻璃经

10、受温度剧变且能抵抗酸碱的腐蚀例 6. 常温下不能与硅反应的是( )(A )氢氟酸(B)氟气(C)氢氧化钠溶液(D)氯气例 7. 不能直接由氧化物和水生成的酸是()(A ) H2 SO4 ( B) H2SO3( C) H2SiO3( D) H2CO3例 8. 下列离子组能在水溶液中大量共存，且加入盐酸可能生成沉淀的是()( A ) Na+ 、 CO32- 、 Cl- 、SO42-(B) Ca2+、Mg2+、 HCO3-、Cl-(C) S2- 、 SO32-、 OH- 、 Na+D) Na+ 、 SiO32- 、Cl-、NO3-例 9. 生石灰中往往含有杂质 CaCO3 和 SiO2 ，要检验是否

11、存在这两种杂质，最好选用( )(A )水(B)盐酸(C)烧碱浓溶液( D )硫酸例 10. 下列物质中没有固定熔点的是( )A .二氧化硅B .硅酸钠C.玻璃D 氢氧化钠例 11. 下列说法中不正确的是( )。( A )新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高(B) 高温结构陶瓷比金属材料具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点(C) 光导纤维做通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便( D )光导纤维除用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理等许多方面一、选择题1、 下列说法摘自某杂志，你认为无科学性错误的是（）铅笔芯的原料是铅，儿童使用不能用嘴咬铅笔，以免中毒。CO

12、有毒，生有煤炉的居室，可以放数盆水，使生成的CO被吸收，防止中毒。硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”。在农业温室大棚内燃烧废橡胶，产生的CO2不利于植物的生长。2、 融化NaOH的坩埚可以选用（）A、瓷坩埚B、石英坩埚C、铁坩埚 D、铝坩埚3、 下列说法错误的是（）A、水银不是银B、纯碱不是碱C、半导体不导电D、硅胶不是胶体4、 下列关于硅的说法不正确的是（）硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色的，有金属光泽。硅的导电能力界于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。当加热到一定温度时，硅能与O2、C12等非金属单质反应。硅的化学性质不活泼，常温下不

13、与任何物质反应。5、 下列物质不能由单质直接化合生成的是（）A、FeCh B、CuS C、SiO2 D、Al 2O36、 下列溶液能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是（）Na2SiO3溶液 B、HF溶液 C、NaNO3溶液 D、NaCl溶液7、某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6 %，其化学组成用氧化物形式可表示nZnO SiC2,则n值等于A0.5B1C2D38、下列说法不正确的是A 陶瓷分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷B 生产普通水泥的原料是石灰石和黏土C.玻璃是一种新型无机非金属材料D .氮化硼(BN)陶瓷是一种新型无机非金属材料9、长期在二氧化硅粉尘含量较多的地方，如采矿、翻砂、喷砂、制陶瓷

14、、制耐火材料等场所工作的人易患一种职业病，这种病是10、A .心脏病B .矽肺病C.结石D 贫血列叙述中，不正确的是A .硅和锗都是重要的半导体材料B. 地壳中含量占第一、二位两种元素组成的一种化合物为SiO2C. 自然界里存在大量的单质硅、二氧化硅和硅酸盐D .在硅酸钠溶液中通入 CO2有白色胶状沉淀产生11、CO2 通入下列溶液中至过量，出现浑浊的是A、Ba ( NO3) 2溶液B、澄清的石灰水C、Na2SiO3溶液 D、饱和的Na2CO3溶液12、H.W.Kroto 、 R.E.Smalley 和 R.F.Curl 三位科学家因发现 C60 而于 1996年荣获诺贝尔化学奖，请问C60的

15、分子结构是A .层状结构B .网状结C.正三棱锥结构 D、形似足球，球内是空的。13、当物质的循环平衡被打破了会对环境造成巨大的影响，目前碳的循环平衡已被打破，使CO2的浓度剧增，从而造成的环境影响是A .温室效应B .酸雨C .地震 D.火山爆发14、能将NazSiOs CaCO3、SQ2三种白色粉末鉴别开来的试剂是A、苛性钠溶液E、水 C、氢氟酸D、稀盐酸15、在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是焦碳 纯碱碳酸钙 氢氟酸硝酸 氢氧化钾 氧化钙氟气A、E、 C、D、二、填空16、有一种矿石，经测定镁、硅、氧的质量比为12 : 7 ： 16。用盐的组成表示其化学式： 用氧化物的组成表示

16、其化学式： 该矿石的成分属于 (填物质的类别)17、 某科研小组用高岭土 (主要成分是 AI2O3 2SiO22H2O并含少量CaO、尸巳03)研制新型净水剂(铝的化合物)，其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。(1) 写出熔融时主要成分与纯碱反应的化学方程式(AI 203与纯碱的反应和 SiO2与纯碱的反应相似)(2) 最后的沉淀物是，生成该沉淀的离子方程式是 (3) 实验室中常用瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验应选用的坩埚为。18、 下列几种情况都有白色沉淀物质生成，其中生成物的化学成分相

17、同的是()(1) 快吠吨诚汎片14-羔忙口甘筋木 酩污清丿I获农I勺烧叫珂封怜泊i =啟用Na 2SQ3仝1乜+ 込宀十口|丨7迂口A.(1) 、(4)B.(2)、(3)C.(1)、(2)D.(3)、(4)三、计算22、将一定质量的碳和 8g氧气在密闭容器中高温下反应后，恢复到原来温度，测得容器内 压强是反应前的1.4倍，求参加反应的碳的质量。【练习】基础达标:1 下列物质中主要成分不是二氧化硅的是A .硅胶B .水晶C.玛瑙D .硅石2. NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中A 具有玻璃塞的细口瓶B 具有玻璃塞的广口瓶C.带滴管的滴瓶D .具有橡胶塞的细口瓶3可以用来制取半导

18、体材料(如大规模集成电路)的是A .二氧化硅B .粗硅C.高纯硅D .硅酸盐4. 在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料5.6.A .纯碱B .石灰石C.石英D .黏土F列不属于传统硅酸盐产品的是A .玻璃B .水泥C .光导纤维D .陶瓷F列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是CO2TH 2CO3B . SiO2 Na2SiO3C. Na2O2 Na2CO3SiO2H 2SQ37.将足量的CO2通入下列溶液中，能产生沉淀的是A .硅酸钠溶液B .石灰水C.氯化钡溶液D .氯化钙溶液&下列离子方程式，正确的是A .澄清石灰水中通入过量二氧化碳:2+Ca +2OH 一+CO2 =CaCO 3 J +HOB .碳酸钠溶液中加入二氧化硅:2 2 .CO3 +SiO2=SiO3 +CO2 fC. 二氧化硅与烧碱溶液反应:SiO2 +2OH&