第1节硅无机非金属材料

1、第第4 4章章 材料家族中的元素材料家族中的元素第第1 1节节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料常见存在物质形式：常见存在物质形式：一、硅一、硅存在形态：存在形态： 无游离态，只有化合态无游离态，只有化合态二氧化硅二氧化硅和和硅酸盐硅酸盐同素异形体同素异形体晶体硅晶体硅由同种元素组成的由同种元素组成的性质不同的单质性质不同的单质无定形硅无定形硅氧氧48.60%48.60%硅硅26.30%26.30%铝铝7.73%7.73%铁铁4.75%4.75%钙钙3.45%3.45%钠钠2.74%2.74%钾钾2.47%2.47%镁镁2.00%2.00%氢氢0.76%0.76%其他其他1.20%1.20%

2、硅元素在地壳中的含量硅元素在地壳中的含量含量仅含量仅次于氧次于氧观察硅单质的实物图片，总结硅的物理性质观察硅单质的实物图片，总结硅的物理性质1.1.物理性质物理性质灰黑色、灰黑色、有金属光泽有金属光泽固体固体大大高高介于导体介于导体和绝缘体和绝缘体之间之间碳族元素在元素周期表中的位置碳族元素在元素周期表中的位置最外层电子数是最外层电子数是4 4，碳也是。，碳也是。3.3.碳、硅原子主要显几价？碳、硅原子主要显几价？正四价（正四价（+4+4价）价）1.1.硅原子最外层电子数是多少？硅原子最外层电子数是多少？2.2.我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与硅相同？我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与硅相同

3、？2.2.化学性质化学性质（1 1）常温下）常温下化学性质稳定化学性质稳定, ,不易与不易与H H2 2、O O2 2、ClCl2 2、硫酸、硝酸、盐酸等物、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应质反应, ,只与强碱、氢氟酸、氟气反应只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+HSi+2NaOH+H2 2O = NaO = Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2FSi+2F2 2 = SiF = SiF4 4Si+4HF = SiFSi+4HF = SiF4 4+2H+2H2 2与氢氧化钠与氢氧化钠与与F F2 2与与HFHF(2)(2)加热加热Si+OSi+O2 2 = SiO= SiO

4、2 2（燃烧，放出大量的热）（燃烧，放出大量的热）Si+2ClSi+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 4高温高温（粗硅）（粗硅）SiOSiO2 2 +2C = Si + 2CO +2C = Si + 2CO高温高温3.3.硅的工业制法硅的工业制法( (粗硅粗硅) )粗硅提纯：粗硅提纯：高温高温 Si+2Cl Si+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 4高温高温SiClSiCl4 4+2H+2H2 2 = Si+4HCl= Si+4HCl （高纯硅）（高纯硅）硅芯片、大规模集成电路及相硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，所以

5、需要对度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯粗硅进行提纯（粗硅）（粗硅）最早使用的半导体材料是最早使用的半导体材料是锗锗，现在最广泛使用的，现在最广泛使用的半导体材料是半导体材料是硅硅。4.4.硅的用途硅的用途（1 1）硅）硅芯片；芯片；半导体材料半导体材料导电能力介于导体和绝缘导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料体之间的一类材料（2 2）制）制集成电路、晶体管、集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料。硅整流器等半导体材料。（3 3）含硅）含硅4%4%的钢可制的钢可制变压器铁芯。变压器铁芯。（4 4）含硅）含硅15%15%的钢具有耐酸性，制的钢具有耐酸性，制耐酸设备。耐酸设备。太阳能电池太阳

6、能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPUCPU）硅光电池硅光电池大规模集成电路大规模集成电路硅石硅石硅矿山硅矿山二、二氧化硅二、二氧化硅1.1.二氧化硅的存在二氧化硅的存在在自然界主要存在于在自然界主要存在于水晶、石英水晶、石英和和沙子沙子等物质中等物质中纯净的二氧化纯净的二氧化硅俗称水晶硅俗称水晶2. 2. 物理性质物理性质无色无色高高大大不溶于水不溶于水不导电不导电与烧碱溶液反应与烧碱溶液反应 SiO SiO2 2+2NaOH = Na+2NaOH = Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+CaO = CaSiO+CaO = CaSiO3 3 高温高温

7、（1 1）酸性氧化物）酸性氧化物3.3.化学性质化学性质与氧化钙反应与氧化钙反应（2 2）与碳酸盐反应）与碳酸盐反应SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3 = CO= CO2 2+Na+Na2 2SiOSiO3 3高温高温SiOSiO2 2+CaCO+CaCO3 3 = CO= CO2 2+CaSiO+CaSiO3 3高温高温（3 3）不与酸反应（除氢氟酸以外）不与酸反应（除氢氟酸以外）SiOSiO2 2 + 4HF = SiF+ 4HF = SiF4 4+ 2H+ 2H2 2O O（4 4）弱氧化性）弱氧化性SiOSiO2 2+2C = Si+2CO+2C = Si+2CO高温高

8、温均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物COCO2 2 + CaO = CaCO+ CaO = CaCO3 3COCO2 2 + 2NaOH =+ 2NaOH = Na Na2 2COCO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2 + 2NaOH =+ 2NaOH = Na Na2 2SiOSiO3 3 + H+ H2 2O OCOCO2 2 + H+ H2 2O = HO = H2 2COCO3 3不反应不反应不反应不反应SiOSiO2 2 + 4HF =+ 4HF = SiF SiF4 4+ 2H+ 2H2 2O O二氧化硅与二氧化碳的区别和联系二氧化硅与二氧化碳的区别和联系CaO + SiO

9、CaO + SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3高温高温4.4.用途用途(1)(1)沙子是基本的建筑材料。沙子是基本的建筑材料。(2)(2)纯净的纯净的SiOSiO2 2是现代光学及光是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。光导纤维。(3)(3)石英和玛瑙制作饰物和工石英和玛瑙制作饰物和工艺品。艺品。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.1.含义含义三、硅酸盐三、硅酸盐2.2.硅酸钠（硅酸钠（NaN

10、a2 2SiOSiO3 3）最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐硅酸的制备：硅酸的制备：较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl + Na2HCl + Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O = HO = H4 4SiOSiO4 4+ 2NaCl+ 2NaClH H4 4SiOSiO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 SiO SiO2 2常温分解常温分解受热分解受热分解3.3.关于硅酸盐说明关于硅酸盐说明（1 1）除硅酸钾、硅酸钠、硅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）硅酸钠俗称泡花碱；它的水溶液俗称水玻璃，是）硅酸钠俗

11、称泡花碱；它的水溶液俗称水玻璃，是一种粘合剂；一种粘合剂；（3 3）硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、）硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂等木材防火剂等 。因因NaOHNaOH会与玻璃的主要成分会与玻璃的主要成分SiOSiO2 2反应，反应，生成的生成的NaNa2 2SiOSiO3 3溶液会使瓶塞与瓶壁粘溶液会使瓶塞与瓶壁粘连在一起。因此保存连在一起。因此保存NaOHNaOH溶液时不能溶液时不能使用玻璃塞使用玻璃塞四、硅酸盐工业四、硅酸盐工业无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐产产品品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃1.1.分类分类1.1.玻璃玻璃纯碱、石灰石和石英纯

12、碱、石灰石和石英NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2玻璃无固定的熔沸点玻璃无固定的熔沸点NaNa2 2COCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3 + CO+ CO2 2CaCOCaCO3 3 + SiO+ SiO2 2 = CaSiO= CaSiO3 3 + CO + CO2 2高温高温 高温高温 2.2.水泥水泥 水泥、沙子水泥、沙子和水和水水泥、沙子水泥、沙子和碎石和碎石黏土和石灰石黏土和石灰石硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO(3CaOSiO2 2) )硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO(2CaOSiO2

13、 2) ) 铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3) )水硬性水硬性水泥砂浆水泥砂浆混凝土、混凝土、3.3.陶瓷陶瓷 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易陶瓷具有抗氧化、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。成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。家用陶瓷家用陶瓷隋代烧制的三彩隋代烧制的三彩陶骆驼陶骆驼1.1.新型无机非金属材料的特征新型无机非金属材料的特征五、新型无机非金属材料五、新型无机非金属材料（1 1）耐高温、强度高；）耐高温、强度高；（2 2）具有电学性质；）具有电学性质；（3 3）具有光学性质；）具有光学

14、性质；（4 4）具有生物功能。）具有生物功能。2.2.新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等材料家材料家族中的族中的元素元素硅及其化合物硅及其化合物材料材料硅单质的存在、性质、用途硅单质的存在、性质、用途SiOSiO2 2的性质、用途的性质、用途无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料复合材料复合材料传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料金、银、铜、合金金、银、铜、合金1.1.下列关于硅的叙述，不正确的是（下列关于硅的叙述，不正确的是（ ）A.A.硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体

15、硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体B.B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料料C.C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应反应C C2.2.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.NaA.Na2 2COCO3 310H10H2 2O O B.B.水泥水泥C.C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.D.普通玻璃普通玻璃A A3.3.下列关于下列关于SiSi的化学性质叙述正确的是（的化学性质叙述正确的是（ ）A.A.常温下能与任何酸反应常温下能与任何酸反应B.B.常温下可与强碱溶液反应常温下可与强碱溶液反应C.C.常温下可与氧气反应常温下可与氧气反应D.D.常温下不与任何