41无机非金属材料的主角

1、无机非金属材料的主角-硅,硅元素在地壳中的含量,硅在自然界中，只有化合态存在。硅的氧化物及硅酸盐，约占地壳质量以上。,山石,海滩,沙漠,紫水晶,玛瑙,石英、水晶,一、二氧化硅,1、存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。在自然界中有较纯的水晶，含有少量杂质的石英、玛瑙和普遍存在的沙子，还有无定形的硅藻土。,自然界中的二氧化硅晶体,2、结构,在SiO2晶体中，1个硅原子结合4个氧原子,每个氧原子结合2个硅原子。SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:2的比例组成的立体网状的晶体。,3、物理性质,熔点高，硬度大，不溶于水 4、化学性质 （1）是酸性氧化物，但不与水反应。 （2）与碱

2、性氧化物反应 SiO2+CaO CaSiO3 （3）与强碱溶液反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,高温,问题：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？ 解释：防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成黏性强的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。,（4）与氢氟酸反应 SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 因此氢氟酸只能用塑料瓶或铅制容器盛放，而不能使用玻璃容器。 （5）高温下，与碳反应： SiO2+2C Si+2CO,高温,（6）高温下，与纯碱、石灰石反应： SiO2+CaCO3 CaSiO3 +CO2 SiO2+Na2CO3 Na2Si

3、O3 +CO2 以上是制普通玻璃的反应。 5、用途：制玻璃、光导纤维、钟表部件、耐火材料、耐磨材料。,高温,高温,二、硅酸和硅酸盐,1、硅酸：不溶于水，是一种白色粉末状的固体。 （1）是一种不溶于水的弱酸，酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红色。 （2）不稳定，受热易分解 H2SiO3=SiO2+H2O,硅胶经脱水，形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体。,（3）与强碱反应： H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O （4）制法： Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3,2、硅酸盐,（1）含义：

4、硅酸盐指的是硅、氧与金属元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。自然界存在的各种天然硅酸盐矿物约占地壳质量的95。,（2）硅酸盐结构复杂，常用氧化物的形式表示。格式为：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。例如： 高岭土：Al2H4Si209 A12032SiO22H20 石 棉：Mg3CaSi4012 CaO3MgO4Si02 白云母：KAl3Si3O10(OH)2 K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O,3、硅酸盐材料,以天然硅酸盐为主要原料，经过高温处理制成各种硅酸盐材料包括玻璃、陶瓷、水泥、砖

5、瓦、耐火材料、搪瓷、玻璃纤维、铸石、磨料、耐高温无机涂料等。,三、硅,1、存在：地壳中含量仅次于氧，只有化合态存在，一般以SiO2和硅酸盐的形式存在。 2、硅的物理性质：晶体硅是灰黑色有金属光泽，硬而脆的固体；是良好的半导体材料，熔沸点高，硬度大。,芯片：是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。,硅晶体结构示意图,Si原子,正四面体结构单元,3、化学性质 (1)与O2、 F2反应 Si + O2 = SiO2 Si + 2F2 = SiF4 (2)与氢氟酸反应：Si + 4HF = SiF4 + 2H2 (3)与强碱反应 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2,4、用途,用来制造集成电路、晶体管等半导体器件，还可用来制成太阳能电池。硅的合金用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。,硅芯片,硅太阳能电池,5、制法,（1）制粗硅： SiO2 +