硅无机非金属材料

1、第四章 材料家族中的元素4.1硅 无机非金属材料元素周期表半导体一、硅（Silicon）1、含量和存在在地壳中，硅的含量居第二位，仅次于氧自然界中，硅无游离态存在，只以化合态存在（以SiO2或硅酸盐的形式存在）是构成矿物和岩石的主要成分半导体材料：指导电能力介于 和 之间的一类材料，最早使用的半导体材料是 ，现在最广泛使用的半导体材料是 导体绝缘体锗硅氧48.6%硅26.3%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%镁2.00%氢0.16%其他1.20%硅 半导体材料。硅有晶体硅和无定形硅两种单质二、硅单质（Si）1.物理性质 灰黑色，硬而脆，有金属光泽的固体，熔点、沸点高，

2、硬度大，+142 8 4+62 4 2.硅的原子结构碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石与许多矿物的基本元素SiC因为硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物.所以常温下，碳、硅单质的化学性质不活泼3.化学性质 常温常温下，化学性质下，化学性质稳定稳定，只与，只与强碱、氢氟酸、强碱、氢氟酸、 氟气氟气反应反应Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2Si + O2 SiO2（唯一与NaOH 溶液反应放出H2的非金属单质）经蒸馏提纯后，再用经蒸馏提纯后，再用氢气还原氢气还原制得纯硅。制得纯硅。4、硅的制备工业上先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅Si

3、O22C = Si2CO高温然后将粗硅在高温下跟氯气 反应生成一种液态物质。Si2Cl2 SiCl4（液体，易挥发）高温高温SiCl4 2H2 Si 4HCl5、用途：、用途： 集成电路、晶体管、硅整流器等集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制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。造变压器铁芯等。三、二氧化硅（SiO2）1.存在：广泛存在与自然界，是沙子、石英的主要成分。天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅.石英水晶玛瑙2 物理性质 坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水

4、，硬度比较大。较大。水晶水晶18010928Sio基本结构单元为硅氧四面体Si2O4，晶体中不存在二氧化硅分子，SiO2是化学式不是分子式。（1）、酸性氧化物b、常温下、与NaOH溶液缓慢反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O3、化学性质：SiO2 + H2O =a、SiO2是H2SiO3的酸酐，不溶于水，不能直接与水反应制取硅酸SiO2 + CaO = CaSiO3高温c、高温下、与碱性氧化物反应：（2）与氢氟酸作用（SiO2很不活泼，HF是唯一 能跟其反应的酸）4HF+SiO2=SiF4+2H2O用来刻蚀玻璃4、用途：光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟水晶：电子工

5、业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品光纤视频玛瑙饰品练一练1下列叙述中，正确的是A自然界中存在大量单质硅 B硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占第一位C纯硅可以通过下列反应制得：SiO2+2CSi+2CO D单晶硅是良好的半导体材料1下列叙述中，正确的是下列叙述中，正确的是A自然界中存在大量单质硅自然界中存在大量单质硅 B硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占第一位第一位C纯硅可以通过下列反应制得：纯硅可以通过下列反应制得：SiO2+2C=Si+2CO D单晶硅是良好的半导体材料单晶硅是良好的

6、半导体材料D2、下列物质中，不能与二氧化硅反应的是（ ） A、烧碱 B、氢氟酸 C、硝酸 D、生石灰 c四、硅酸（H2SiO3)（1）制取：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3白色胶状强酸制弱酸（2）性质： 白色粉末，难溶 弱酸性(酸性 H2SiO3 H2CO3) 不能使指示剂变色 脱水形成硅胶Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3（用作干燥剂）原理思考：二氧化硅不溶于水，如何由二氧化硅制取硅酸？不稳定性H2SiO3SiO2 + H2O五、硅酸盐（由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称）1、一般不溶于水，性质稳定。3、硅酸钠（Na2SiO3）：白色固体，可溶，其

7、水溶液（无色）俗称水玻璃、泡花碱，具有一定黏性2、用氧化物形式表示硅酸盐的方法：表示成氧化物形式的顺序是： 金属氧化物二氧化硅水例如：高岭石Al2（Si2O5）（OH）4Al2O32SiO22H2O与酸反应：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、应用橡胶塞SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O5、硅酸盐的工业：（3）水泥（2）玻璃（1）陶瓷4、无机非金属材料：主要包括：玻璃、陶瓷、无机非金属涂层等。特点：耐高温、硬度高、抗腐蚀；有的还有独特的光电特性（1）传统无机非金属材料：以硅酸盐为主要成分，包括玻璃、水泥、陶瓷等。（2）新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。（1）陶瓷(人类应用最早的硅酸盐材料）硅酸盐的丰富性和多样性硅酸盐的丰富性和多样性人面鱼纹盆(陶瓷)砖瓦(陶瓷)（2）玻璃1、原料： 纯碱、石灰石和石英 3、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCaO6SiO2） SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2高温SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3+CO2高温2、原理：玻璃玻璃: :普通玻璃普通玻璃: : Na Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2（3）水泥：1、主要原料：粘