《無機(jī)非金屬材料的主角—硅》課件2

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1、第四章 非金屬及其化合物第一節(jié)第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角無機(jī)非金屬材料的主角 硅硅石英巖石英巖水晶水晶瑪瑙瑪瑙沙子沙子氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.74%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16%其他其他1.20%硅單質(zhì)的性質(zhì)硅單質(zhì)的性質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度大。和沸點(diǎn)都很高，硬度大。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。物理性質(zhì)物理性質(zhì)

2、半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料1 1、與氟氣反應(yīng)：、與氟氣反應(yīng)：2 2、與氫氟酸反應(yīng)：、與氫氟酸反應(yīng)：3 3、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：4 4、與氧氣、與氧氣/ /氯氣反應(yīng)氯氣反應(yīng)Si+2F2 = SiF4Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2常溫下可以跟常溫下可以跟F F2 2，HFHF，NaOHNaOH反反應(yīng)應(yīng)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)Si+O2 = SiO2Si+2Cl2 = SiCl4Si+4HF = SiF4 +2H2 硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法 制粗硅：制粗硅：SiO2 +2C =Si + 2CO氧化劑：氧化劑：SiO2高溫還原劑：還原劑： C（粗硅）硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的

3、計(jì)算機(jī)技術(shù)硅芯片、大規(guī)模集成電路及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)都需要有高純度的硅才能實(shí)現(xiàn)，所以需要對(duì)粗都需要有高純度的硅才能實(shí)現(xiàn)，所以需要對(duì)粗硅進(jìn)行提純：硅進(jìn)行提純：提提 純：純： Si+2Cl2 = SiCl4 （粗硅）（粗硅） SiCl4+2H2 = Si+4HCl （高純硅）（高純硅）高溫高溫高溫高溫 硅不但用于制造硅不但用于制造晶體管、集成電路晶體管、集成電路，還用于制造還用于制造硅整流器和太陽能電池硅整流器和太陽能電池等。等。此外，硅合金的用途也很廣。如含硅此外，硅合金的用途也很廣。如含硅4%的鋼具有的鋼具有良好的導(dǎo)磁性良好的導(dǎo)磁性，可用于制造變壓，可用于制造變壓器鐵芯；含硅器鐵芯；含硅15%左

4、右的鋼具有良好的耐左右的鋼具有良好的耐酸性酸性,可用于制造可用于制造耐酸設(shè)備耐酸設(shè)備。硅的用途硅的用途二氧化硅二氧化硅石英坩堝石英坩堝光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維純凈的二氧化硅純凈的二氧化硅是六是六方柱狀的透明晶體方柱狀的透明晶體原子晶體原子晶體瑪瑙瑪瑙水晶水晶堅(jiān)硬、難溶固體堅(jiān)硬、難溶固體物理性質(zhì)物理性質(zhì)1、酸性氧化物、酸性氧化物:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+H2O=SiO2+CaO=CaSiO3高溫高溫2、氧化性、氧化性: SiO2+2C=Si+2CO 高溫高溫化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)但不能與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸但不能與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸3、特殊性質(zhì)、特殊性質(zhì):與氫氟酸反應(yīng)與氫氟酸反應(yīng)雕

5、刻玻璃雕刻玻璃SiO2+4HF=SiF4+2H2O不能用玻璃塞的原因不能用玻璃塞的原因!堅(jiān)硬、難溶固體堅(jiān)硬、難溶固體思考思考1、實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸、實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸(HF)? SiO2 2NaOH = Na2SiO3+H2OSiO2+4HF=SiF4+ 2H2O2、實(shí)驗(yàn)室盛放、實(shí)驗(yàn)室盛放NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而溶液的試劑瓶用橡皮塞而 不用不用玻璃塞玻璃塞,你知道是為什么嗎你知道是為什么嗎? 二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化碳二氧化碳CO2二氧化硅二氧化硅SiO2物質(zhì)分類物質(zhì)分類與堿性氧化與堿性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)與堿反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與水

6、反應(yīng)與與HF反應(yīng)反應(yīng)均屬于酸性氧化物均屬于酸性氧化物CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOHNa2CO3+H2O SiO2 2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3 不反應(yīng)不反應(yīng) 不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+ 2H2OCO2 CaOCaCO3高溫1、Si的還原性大于的還原性大于C，但，但C卻能在高溫下還原出卻能在高溫下還原出Si： SiO2+2C = Si+2CO(高溫條件下高溫條件下)2. 非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但放出，但Si卻放出卻放出H2： Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H23. 非金屬單質(zhì)

7、一般不跟非氧化性酸作用，但非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與能與HF作作用：用：Si+4HF=SiF4+2H24. 非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體為半導(dǎo)體。5. SiO2是是H2SiO3和和H4SiO4的酸酐的酸酐，但它不溶于水，不能，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備直接將它與水作用制備H2SiO3和和H4SiO4 。6. 非金屬氧化物的非金屬氧化物的熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)一般較低，但一般較低，但SiO2的卻很高的卻很高。7. 酸性氧化物一般不與酸作用，但酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟能跟HF作用：作用： SiO2+4HF = SiF4+2H2

8、O硅與二氧化硅的特性硅與二氧化硅的特性硅酸硅酸-不溶于水，弱酸不溶于水，弱酸(比碳酸弱比碳酸弱)制取：強(qiáng)酸制弱酸制?。簭?qiáng)酸制弱酸Na2SiO32HCl 2NaCl H2SiO3思考:寫出用鹽酸和硅酸鈉制取硅酸的方程式 Na2SiO3CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介:硅膠是有多個(gè)單分子硅酸在水中逐漸聚合而硅膠是有多個(gè)單分子硅酸在水中逐漸聚合而成的硅酸凝膠，經(jīng)充分洗滌、干燥、脫水后形成成的硅酸凝膠，經(jīng)充分洗滌、干燥、脫水后形成的多孔狀固體，對(duì)水等極性物質(zhì)都有極強(qiáng)的吸附的多孔狀固體，對(duì)水等極性物質(zhì)都有極強(qiáng)的吸附作用，是很好的干燥劑，吸附劑以及催化劑。作用，是很好的干燥劑，吸附劑以及

9、催化劑。H2SiO3 SiO2 +H2O (表現(xiàn)硅酸的不穩(wěn)定性表現(xiàn)硅酸的不穩(wěn)定性) 硅酸鹽硅酸鹽-多數(shù)不溶于水多數(shù)不溶于水1、硅酸鹽化學(xué)式的氧化物表示硅酸鹽化學(xué)式的氧化物表示2、重要的重要的硅酸鹽硅酸鹽: Na2SiO3Na2SiO3易溶于水易溶于水,其水溶液俗稱其水溶液俗稱“水玻璃水玻璃” 、“泡花泡花堿堿”，常用于作粘合劑。，常用于作粘合劑。 鈉長石鈉長石:NaAlSi3O8正長石正長石:KAlSi3O8Na2O Al2O3 6SiO2K2O Al2O3 6SiO2水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱制成硅酸鹽材料的以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱制成硅酸鹽材料的制造工業(yè)叫硅酸鹽工

10、業(yè)。制造工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。 以以粘土粘土和和石灰石石灰石為主要原料，經(jīng)研磨、混合后在為主要原料，經(jīng)研磨、混合后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量石膏石膏，并研成細(xì)粉就，并研成細(xì)粉就得到普通水泥。得到普通水泥。 普通水泥的主要成分：普通水泥的主要成分： 硅酸三鈣（硅酸三鈣（3CaO3CaOSiOSiO2 2） 硅酸二鈣（硅酸二鈣（2CaO2CaOSiOSiO2 2） 鋁酸三鈣（鋁酸三鈣（3CaO3CaOAlAl2 2OO3 3）等。）等。一、水泥工業(yè)一、水泥工業(yè)2 2、反應(yīng)原理、反應(yīng)原理1 1、主要原料：、主要原料：純堿、石灰石和石英純堿、石灰石和石英。3 3、成份：、成

11、份：二、玻璃工業(yè)二、玻璃工業(yè)NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高溫高溫 CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 2高溫高溫NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 2熔化在一熔化在一起所得到的混合物。起所得到的混合物。4、重要性質(zhì)：、重要性質(zhì)：玻璃在常溫下呈固態(tài)，沒有固定的熔點(diǎn)，受熱玻璃在常溫下呈固態(tài)，沒有固定的熔點(diǎn)，受熱時(shí)在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸熔化時(shí)在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸熔化幾種常見玻璃簡(jiǎn)介幾種常見玻璃簡(jiǎn)介普通玻璃普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺

12、綠色因混有鐵的化合物顯淺綠色藍(lán)玻璃藍(lán)玻璃紅玻璃紅玻璃化學(xué)儀器玻璃化學(xué)儀器玻璃如試管等如試管等光學(xué)儀器玻璃光學(xué)儀器玻璃如放大鏡如放大鏡鋼化玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維：1964年年8月華月華裔科學(xué)家高錕首先提出用裔科學(xué)家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為被譽(yù)為“纖維光學(xué)之父纖維光學(xué)之父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對(duì)光導(dǎo)比頭發(fā)絲還細(xì)的一對(duì)光導(dǎo)纖維上同時(shí)傳送纖維上同時(shí)傳送3萬門電萬門電話且中繼距離長達(dá)話且中繼距離長達(dá)2050Km，保密性能好。，保密性能好。 在原料里加入某些金屬氧化物在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。璃呈現(xiàn)出特征顏色。 把普通玻璃放在把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大普通玻璃大46倍，倍，不易破碎。不易破碎。本節(jié)內(nèi)容小結(jié)本節(jié)內(nèi)容小結(jié)：1.硅硅硅的存在硅的存在硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)硅的用途硅的用途2.SiO2二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的用途二氧化硅的用途3.硅酸鹽及無機(jī)硅酸鹽材料硅酸鹽及無機(jī)硅酸鹽材料