化学高一年级《硅无机非金属材料》课件赵少磊

硅谷siliconvalley“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90％以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片。第一页第二页，共52页。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%第二页第三页，共52页。一、单质硅与半导体材料1.硅元素在自然界中全部以

态存在，硅元素在地壳中的含量居第

位仅次于

。2.最早使用的半导体材料

，现在最广泛使用的半导体材料

。化合锗硅二氧第三页第四页，共52页。硅单质的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。物理性质半导体材料第四页第五页，共52页。由下列结构示意图你能得到什么结论？2、硅与碳结构相似，因而性质相似28424+14+6SiC1、硅与碳的原子结构相似，最外层均有4个电子3、硅与碳既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成四价化合物．碳是构成有机物的主要元素硅是构成岩石和许多矿物的主要元素第五页第六页，共52页。分组讨论：

硅属于哪类物质？这类物质都具有那些化学性质？请大胆猜想硅可能具有那些化学性质？第六页第七页，共52页。（1）常温下，化学性质稳定例如，常温下，不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应（2）常温下只与碱、氢氟酸、氟气反应4.硅的化学性质Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4↑

+2H2↑Si+2F2=SiF4第七页第八页，共52页。

（3）加热，Si能与某些非金属单质反应（燃烧，放出大量的热）Si+O2=====SiO2△①②Si+2Cl2======SiCl4高温

（4）加热，Si能与某些金属单质反应第八页第九页，共52页。5.硅的制备SiO2+2C====Si+2CO↑

（粗硅）高温提纯：Si+2Cl2==SiCl4高温SiCl4+2H2==Si+4HCl高温（高纯硅）SiO2+3C====SiC+2CO↑

（金刚砂）高温第九页第十页，共52页。5、硅的用途②制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料③含硅4%的钢可制变压器铁芯④含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备①硅芯片；半导体材料第十页第十一页，共52页。二、二氧化硅与光导纤维1.自然界中存在石英岩水晶玛瑙沙子第十一页第十二页，共52页。（一）、二氧化硅(SiO2)

石英晶体是结晶的SiO2，无色透明的叫做水晶，具有彩色环带状或层状的叫玛瑙二氧化硅(天然硅石)结晶形无定形玛瑙水晶第十二页第十三页，共52页。玛瑙水晶第十三页第十四页，共52页。3.SiO2的结构空间网状结构性质很稳定

第十四页第十五页，共52页。物理性质:___________________________________化学稳定性:____________________________硬度大、熔点高、难溶于水很稳定根据SiO2的存在和应用，请你分析以下问题：SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？SiO2这些性质是由什么决定的？第十五页第十六页，共52页。分组讨论：（1）二氧化硅属于哪类物质？（2）这类物质都有那些化学性质？（3）二氧化硅可以和那些物质反应？第十六页第十七页，共52页。讨论：已知二氧化硅是一种酸性氧化物，其中硅的化合价为＋4价，请你预测二氧化硅的化学性质。(1)属类：(2)价态：(3)特性SiO2为酸性氧化物SiO2中Si显+4价为最高价第十七页第十八页，共52页。3.SiO2的化学性质SiO2CO2水CO2+H2O=H2CO3碱CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O碱性氧化物CO2+CaO=CaCO3——酸性氧化物高温高温不反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3第十八页第十九页，共52页。3.二氧化硅的化学性质（1）酸性氧化物的通性①与强碱反应SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O结论：盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，可用橡胶塞。第十九页第二十页，共52页。③与某些盐反应CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高温②与碱性氧化物反应SiO2+CaO=====CaSiO3高温第二十页第二十一页，共52页。二氧化硅的注意点：不与水反应（如何制取硅酸？）SiO2+H2O≠H2SiO3④特性：与氢氟酸反应SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O用途：刻蚀玻璃花纹结论：氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，而盛在塑料瓶。第二十一页第二十二页，共52页。

答：玻璃中的SiO2

与NaOH反应生成有粘胶性的硅酸钠学以致用

答：HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。（3）某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物。是否正确?（1）为什么在实验室中盛放NaOH

溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（2）实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？错误。两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水第二十二页第二十三页，共52页。2、用途：制光导纤维、电子工业重要部件、光学仪器、耐高温化学仪器、利用石英晶体制造石英电子表、石英钟等。第二十三页第二十四页，共52页。现象结论反应式

滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成Na2SiO3溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl（二）、硅酸(H2SiO3)实验4-1

：试管中加入2ｍLNa2SiO3饱和溶液，滴入1滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡，至红色变浅并接近消失停止，观察现象。并填写下表：第二十四页第二十五页，共52页。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl1、制备2、物理性质:白色，胶状，不溶于水的物质4、用途:可作干燥剂和催化剂的载体3、化学性质酸性比碳酸弱（2)不稳定性：

H2SiO3==SiO2+2H2O△强酸制弱酸原理（酸性HCl>H2CO3）（1)与强碱溶液反应：

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O第二十五页第二十六页，共52页。第二十六页第二十七页，共52页。硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？请你设计一个实验论证你的推断。实验探究实验：将CO2通入Na2SiO3溶液中现象：透明的硅酸凝胶生成方程式：Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3+Na2CO3结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱第二十七页第二十八页，共52页。4.二氧化硅的用途注意：硅和二氧化硅的用途易混淆①制造光导纤维

和石英表中的压电材料②水晶：制造电子部件和光学仪器第二十八页第二十九页，共52页。二、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。结构复杂一般不溶于水化学性质很稳定硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃第二十九页第三十页，共52页。硅酸盐表示方法：硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成原则：金属氧化物（较活泼较不活泼）——非金属氧化物方法：1、找组成元素2、写成氧化物的形式3、原子个数比不变4、检查有无遗漏第三十页第三十一页，共52页。请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：硅酸钠（Na2SiO3）————————————镁橄榄石（Mg2SiO4）————————————高岭土{Al2(Si2O5)(OH)4}————————————第三十一页第三十二页，共52页。实验4-2放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火制备木材防火剂的原料第三十二页第三十三页，共52页。硅酸盐的丰富性和多样性第三十三页第三十四页，共52页。陶瓷日用器皿、建筑饰材、卫生洁具第三十四页第三十五页，共52页。玻璃普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2第三十五页第三十六页，共52页。1、主要原料：纯碱、石灰石和石英。3、反应原理：复杂的物理、化学变化2、生产过程：（玻璃熔炉）Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高温高温第三十六页第三十七页，共52页。4、玻璃的主要成分：Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2

5、玻璃态物质玻璃

没有固定的熔点。

没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。）实例特性定义玻璃态物质第三十七页第三十八页，共52页。几种常见玻璃简介普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色蓝玻璃红玻璃铅玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃光纤玻璃光导纤维：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达20——50Km，保密性能好。

在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。

把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。6、几种常见的玻璃第三十八页第三十九页，共52页。水泥以黏土和石灰石为主要原料第三十九页第四十页，共52页。具有特殊功能的含硅物质碳化硅（金刚砂）第四十页第四十一页，共52页。硅钢导磁性良好，用作变压器铁芯第四十一页第四十二页，共52页。硅橡胶第四十二页第四十三页，共52页。分子筛具有均匀微孔结构的铝硅酸盐第四十三页第四十四页，共52页。新型陶瓷——生物陶瓷人造骨第四十四页第四十五页，共52页。三、硅酸盐与无机非金属材料玻璃水泥陶瓷原料反应原理主要成分特性CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高温纯碱、石灰石、石英粘土、石灰石粘土高温下发生复杂的物理、化学变化烧结时发生复杂物理、化学变化SiO2CaSiO3Na2SiO32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O3硅酸盐非晶体，透明、无固定熔点，可在一定温度范围内软化水硬性：无论在水中还是在空气中均能硬化（是不可逆过程）