硅 无机非金属材料

1、第四章 非金属及其化合物硅元素硅元素(silicon)(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅硅26.3% 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的壳总量的90%90%以上。以上。 SiSi最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。思考思考2 2：碳、硅原子主要显几价？：碳、硅原子主要显几价？思考思考1 1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟

2、悉的：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同？哪种元素最外层电子数与它相同？+142 8 41、硅的分布与存在、硅的分布与存在 存在：没有游离态，只有化合态存在：没有游离态，只有化合态 分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。一、硅单质与半导体材料一、硅单质与半导体材料Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2Si+2Cl2=SiCl4 良好半导体材料、良好半导体材料、制造集成电路、晶体

3、管、硅整流器制造集成电路、晶体管、硅整流器制作太阳能电池制作太阳能电池太阳能电池大规模集成电路硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、硅的用途非常广泛，可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。太阳能电池，制铝合金、铁合金等多种合金。硅硅芯芯片片 在美国旧金山，有个最大的高在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为科技工业园区，称之为“硅谷硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。起着非常重要作用

4、。以硅为基础而以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。制成的晶体管是计算机的心脏。 硅在硅在电子工业电子工业中重要作用中重要作用5 5、硅的工业制法、硅的工业制法 ： 粗硅：粗硅： 纯硅：纯硅：2C+ SiO2= Si+2CO SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温Si+2Cl2=SiCl4 高温高温二氧化硅二氧化硅(SiO2)硅石硅矿山二、二氧化硅与光导纤维二、二氧化硅与光导纤维二氧化硅的存在二氧化硅的存在二、二氧化硅二、二氧化硅广泛存在于自然界中，广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。是沙子、石英的主要成分。纯净的二氧化硅称为水晶。纯净的二氧化硅称为水晶。水晶水晶SiO二氧化硅的

5、结构二氧化硅的结构.SiO2原子晶体原子晶体SiOSiO2是是正四面体正四面体的空间网状结构，的空间网状结构，因此性质很稳定因此性质很稳定 4.化学性质化学性质不能与水反应不能与水反应 与碱：与碱：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+CaO=CaSiO3 高温高温 是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O与碱性氧化物：与碱性氧化物： 氧化性氧化性 SiO2+2C= Si+2CO高温高温特性特性实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶, , 细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细口

6、塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品? ?依据是什么依据是什么? ?a.a.二氧化硅二氧化硅_b._b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液c.硝酸银晶体硝酸银晶体_ d._ d.氢氟酸氢氟酸_ _e.e.浓硫酸浓硫酸_二氧化硅二氧化硅( (SiO2）二氧化二氧化( (CO2) )物理性质物理性质熔沸点高、硬度大熔沸点高、硬度大熔沸点低硬度小熔沸点低硬度小与水反应与水反应 不反应不反应CO2+H2O=H2CO3与碱反应与碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O与碱性氧化物与碱性氧化物反应反应SiO2+CaO= Ca SiO3CO2+Na2O

7、= Na2CO3与酸反应与酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反应不反应与碳反应与碳反应SiO2+2C= Si+2COCO2+C= 2CO高温高温高温高温高温高温二氧化硅与二氧化碳比较二氧化硅与二氧化碳比较5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途制光导纤维制光导纤维石英、玛瑙石英、玛瑙光学纤维胃镜光学纤维胃镜 石石 英英 制制 品品水晶水晶石英、玛瑙石英、玛瑙二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导

8、纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。 硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为为“硅胶硅胶”。、 干燥硅胶干燥硅胶 湿硅胶湿硅胶现象现象结论结论方程式方程式1、制取硅酸、制取硅酸生成白色胶状沉淀生成白色胶状沉淀Na2i3 呈碱性，硅酸难溶于水呈碱性，硅酸难溶于水Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 实验：往硅酸钠溶液中滴加盐酸实验：往硅酸钠溶液中滴加盐酸2、 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3H

9、2SiO3=H2O+SiO2现象现象结论结论方程式方程式3、硅酸酸性比碳酸弱、硅酸酸性比碳酸弱生成白色胶状沉淀生成白色胶状沉淀硅酸的酸性比碳酸弱硅酸的酸性比碳酸弱Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3 实验：往硅酸钠溶液中通入少量二氧化碳实验：往硅酸钠溶液中通入少量二氧化碳4、 制备制备： H2SiO3 硅酸凝胶硅酸凝胶 硅酸干凝胶硅酸干凝胶 “硅胶硅胶” 用途：用途： 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂干燥剂，也可以用作催化剂的载体。也可以用作催化剂的载体。四、硅酸盐与无机非金

10、属材料四、硅酸盐与无机非金属材料高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 玻璃：玻璃： CaO Na2 O 6SiO2粘土：粘土： Al2O3 2SiO2 2H2OAl2Si2O5(OH)4KAlSi3O8、NaAlSi3O8CaAl2Si2O8 硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，关于硅酸盐说明：关于硅酸盐说明：1.1.除硅酸钾、硅酸钠、硅

11、酸铵以外均难溶于水除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称称泡花碱泡花碱；它的水溶液俗称；它的水溶液俗称水玻璃水玻璃，是一，是一种粘合剂；种粘合剂； 水玻璃可保存玻璃瓶中水玻璃可保存玻璃瓶中, ,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞, ,要用橡胶塞要用橡胶塞 水泥是一种非常重要的建筑材料。水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。穿针引线是水泥。生产过程：生产过程：黏土和石灰石黏土和石灰石两磨、一烧。两磨、一烧。研磨研磨煅烧煅烧再磨成细粉；再磨成细粉；硅酸三钙硅酸三钙( (3CaOSiO

12、2) )硅酸二钙硅酸二钙( (2CaOSiO2) ) 混合物混合物铝酸三钙铝酸三钙( (3CaOAl2O3) )水泥的生产原料：水泥的生产原料：普通硅酸盐水泥的成分：普通硅酸盐水泥的成分：1 1 、水泥水泥 水泥的性能：水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土混凝土：水泥砂浆水泥砂浆：2、玻璃：生产过程： 纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2 玻璃的生产原料：高温高

13、温高温高温普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。在一定温度范围内软化。 玻璃的性能：玻璃的性能：3 3、陶瓷：、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。家用陶瓷江苏宜兴，有陶都之称。传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷新型无机非金属材料：1、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高； （2）具有电学性质； （3）具有光学性质； （4）具有生物功能；2 2、结构材料、结构材料高温结构陶瓷：高温结构陶瓷：氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷( (人造刚玉人造刚玉) )：氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品1.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是( ) A.Na2CO310H2O B.水泥水泥 C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.普通玻璃普通玻璃3.下列物质有固定熔点的是