《硅 無機(jī)非金屬材料》課件（1）

氧氧硅硅HClH2CO3酸性酸性CO2C60石墨石墨 金剛石金剛石一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料1半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 特指導(dǎo)電能力介于特指導(dǎo)電能力介于 和和 之間的一類材料，之間的一類材料，最早使用的半導(dǎo)體材料是最早使用的半導(dǎo)體材料是 ，現(xiàn)在使用最廣泛的半導(dǎo)，現(xiàn)在使用最廣泛的半導(dǎo)體材料是體材料是 。2硅的存在硅的存在 在地殼里，硅的含量僅次于在地殼里，硅的含量僅次于 ，全部以，全部以 態(tài)存態(tài)存在，主要存在形式為二氧化硅和在，主要存在形式為二氧化硅和 。硅單質(zhì)存。硅單質(zhì)存在同素異形體是在同素異形體是 和和 。導(dǎo)體導(dǎo)體絕緣體絕緣體鍺鍺硅硅硅酸鹽硅酸鹽氧氧化合化合晶體硅晶體硅無定形硅無定形硅3單質(zhì)硅單質(zhì)硅(1)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：顏色顏色光澤光澤熔點(diǎn)熔點(diǎn)質(zhì)地質(zhì)地導(dǎo)電性導(dǎo)電性 色色 光光澤澤 灰黑灰黑金屬金屬很高很高硬而脆硬而脆 半導(dǎo)體半導(dǎo)體有有SiO2集成集成二、二氧化硅和光導(dǎo)纖維二、二氧化硅和光導(dǎo)纖維1二氧化硅二氧化硅 (1)存在：二氧化硅廣泛存在于自然界中，是存在：二氧化硅廣泛存在于自然界中，是的主要成分。純凈的二氧化硅又稱的主要成分。純凈的二氧化硅又稱 。沙子、石英沙子、石英水晶水晶(2)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：狀態(tài)狀態(tài)顏色顏色熔點(diǎn)熔點(diǎn)硬度硬度水溶性水溶性晶體晶體 溶溶無色無色高高大大不不(3)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：具有酸性氧化物的通性：具有酸性氧化物的通性：a常溫下常溫下SiO2與與 NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水：溶液反應(yīng)生成鹽和水：SiO22NaOH= 。b高溫下高溫下SiO2與堿性氧化物與堿性氧化物(如如 CaO)反應(yīng)生成鹽：反應(yīng)生成鹽：SiO2 CaO 。Na2SiO3H2OCaSiO3特性：特性：與氫氟酸與氫氟酸(HF)反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2 4HF= 。弱氧化性：弱氧化性：高溫下與高溫下與C反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2 2C 。SiF42H2OSi2CO2光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(1)主要成分：主要成分：SiO2。 (2)用途：用于用途：用于 、能量傳輸、能量傳輸、 處理等，處理等，光纖的使用節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力，且提高光纖的使用節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力，且提高了信號傳輸效率。了信號傳輸效率。 通迅通迅信息信息三、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料三、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料1硅酸鹽硅酸鹽(1)硅酸鈉：其水溶液俗稱硅酸鈉：其水溶液俗稱 ，有黏性。，有黏性。(2)硅酸鹽：硅酸鹽：性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì)性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì) ，熔點(diǎn)，熔點(diǎn) ，大都，大都 溶于水。溶于水。水玻璃水玻璃穩(wěn)定穩(wěn)定較高較高難難 表示方法：表示方法： 硅酸鹽的組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸鹽的組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸鈉硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為可表示為 ，鈉長石，鈉長石(NaAlSi3O8)可表示為可表示為 。 2無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 (1)傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品。硅酸鹽產(chǎn)品。Na2OSiO2Na2OAl2O36SiO2水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要主要成分成分及種及種類類硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaOSiO2)、鋁酸三鈣鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)普通玻璃普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)石英玻璃、光石英玻璃、光學(xué)玻璃、鋼化玻璃、學(xué)玻璃、鋼化玻璃、有色玻璃、玻璃纖維有色玻璃、玻璃纖維土器、陶土器、陶器、瓷器器、瓷器水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要主要性能性能水硬性水硬性(與水摻和與水摻和攪拌后凝固變硬攪拌后凝固變硬)，不可逆過程不可逆過程玻璃態(tài)物質(zhì)，無固玻璃態(tài)物質(zhì)，無固定的熔沸點(diǎn)，在一定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)熔化定溫度范圍內(nèi)熔化耐氧化、抗酸耐氧化、抗酸堿腐蝕、耐高堿腐蝕、耐高溫、絕緣溫、絕緣典型典型設(shè)備設(shè)備回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯玻璃窯玻璃窯陶瓷窯陶瓷窯共同共同特點(diǎn)特點(diǎn)高溫條件下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，冷卻后成為高溫條件下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，冷卻后成為成分復(fù)雜的硅酸鹽成分復(fù)雜的硅酸鹽(2)新型無機(jī)非金屬材料：新型無機(jī)非金屬材料：材料類別材料類別主要特性主要特性示例示例用途用途高溫結(jié)構(gòu)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷陶瓷能承受能承受 ，強(qiáng)度高強(qiáng)度高氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等永久性模具等半導(dǎo)體半導(dǎo)體陶瓷陶瓷具有具有 特特性性氧化錫陶瓷氧化錫陶瓷 集成電路中的半導(dǎo)體集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料光學(xué)材料具有具有 特特性性光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光纜通訊、醫(yī)療、照光纜通訊、醫(yī)療、照明等明等生物陶瓷生物陶瓷具有具有 功功能能氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷人造骨、人造關(guān)節(jié)、人造骨、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘接骨螺釘高溫高溫電學(xué)電學(xué)光學(xué)光學(xué)生物生物1判斷正誤。判斷正誤。(1)自然界存在硅單質(zhì)的同素異形體，性質(zhì)較穩(wěn)定。自然界存在硅單質(zhì)的同素異形體，性質(zhì)較穩(wěn)定。()(2)單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。()(3)晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，能導(dǎo)電。晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，能導(dǎo)電。()(4)含硅的鋼具有良好的導(dǎo)磁性和耐酸性。含硅的鋼具有良好的導(dǎo)磁性和耐酸性。()(5)最早使用的半導(dǎo)體材料是硅。最早使用的半導(dǎo)體材料是硅。()分析：分析：硅單質(zhì)存在同素異形體，但自然界中無單質(zhì)硅。硅單質(zhì)存在同素異形體，但自然界中無單質(zhì)硅。硅導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是重要的半導(dǎo)體材料，硅導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是重要的半導(dǎo)體材料，最早使用的半導(dǎo)體材料是鍺。最早使用的半導(dǎo)體材料是鍺。答案：答案：(1) (2) (3) (4) (5) 2用短線連接。用短線連接。答案：答案：abcd3玻璃的主要成分之一是玻璃的主要成分之一是SiO2，下列物質(zhì)貯存時(shí)應(yīng)注意：，下列物質(zhì)貯存時(shí)應(yīng)注意：NaOH溶液濃溶液濃HNO3溴溴Na2CO3溶液溶液(堿性堿性)氫氟酸鹽酸水玻璃氫氟酸鹽酸水玻璃(1)用玻璃瓶不能配玻璃塞的有用玻璃瓶不能配玻璃塞的有_，可用玻璃塞的有，可用玻璃塞的有_。(2)用玻璃瓶不能配橡膠塞的有用玻璃瓶不能配橡膠塞的有_。(3)不能用玻璃瓶盛裝的是不能用玻璃瓶盛裝的是_。分析：分析：SiO2是酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成硅酸鹽粘住瓶是酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成硅酸鹽粘住瓶塞不易打開，濃塞不易打開，濃HNO3、溴具有強(qiáng)氧化性，能氧化橡膠。、溴具有強(qiáng)氧化性，能氧化橡膠。氫氟酸與氫氟酸與SiO2反應(yīng)，腐蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝。反應(yīng)，腐蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝。答案：答案：(1)(2)(3)4制取玻璃和水泥都用了共同的原料是制取玻璃和水泥都用了共同的原料是_。答案：答案：石灰石石灰石5向向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2氣體，現(xiàn)象是氣體，現(xiàn)象是_，反應(yīng)方程式為：反應(yīng)方程式為：_，說明酸性說明酸性_。答案：答案：生成白色沉淀生成白色沉淀Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3H2CO3H2SiO36下列哪些材料是新型無機(jī)非金屬材料下列哪些材料是新型無機(jī)非金屬材料_。氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 氮化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷氮化鈦陶瓷氮化鈦陶瓷 硅化硼陶瓷硅化硼陶瓷二硅化銅陶瓷二硅化銅陶瓷 紅色玻璃紅色玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維分析：分析：新型無機(jī)非金屬材料是指具有特殊結(jié)構(gòu)、功能的新型無機(jī)非金屬材料是指具有特殊結(jié)構(gòu)、功能的新材料。紅色玻璃是在原料中加入新材料。紅色玻璃是在原料中加入Cu2O使玻璃呈紅色，使玻璃呈紅色，鋼化玻璃是把普通玻璃放入電爐里加熱，使它軟化，然鋼化玻璃是把普通玻璃放入電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻而制成的，都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品。后急速冷卻而制成的，都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品。答案：答案： 特別提醒特別提醒 (1)硅屬于非金屬元素，但也具有一定的金屬性，硅屬于非金屬元素，但也具有一定的金屬性，如可導(dǎo)電、具有金屬光澤等。如可導(dǎo)電、具有金屬光澤等。(2)導(dǎo)電性：硅石墨。導(dǎo)電性：硅石墨。(3)酸性強(qiáng)弱：酸性強(qiáng)弱：H2CO3H2SiO3。 例例1下列關(guān)于硅和二氧化硅說法不正確的是下列關(guān)于硅和二氧化硅說法不正確的是()A晶體硅呈灰黑色，是具有金屬光澤、硬而脆的固體晶體硅呈灰黑色，是具有金屬光澤、硬而脆的固體 B硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，但自然界里無游離態(tài)的硅存硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，但自然界里無游離態(tài)的硅存在，常溫下可與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)在，常溫下可與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C硅和二氧化硅都能與硅和二氧化硅都能與NaOH溶液反應(yīng)溶液反應(yīng) D工業(yè)上用焦炭在高溫條件下還原二氧化硅來制備硅工業(yè)上用焦炭在高溫條件下還原二氧化硅來制備硅說明通常情況下還原性說明通常情況下還原性CSi. .答案答案D (1)自然界中存在游離態(tài)的碳，卻不存在游離態(tài)的硅。自然界中存在游離態(tài)的碳，卻不存在游離態(tài)的硅。 (2)二氧化硅與焦炭在隔絕空氣的條件下制取粗硅時(shí)，二氧化硅與焦炭在隔絕空氣的條件下制取粗硅時(shí)，生成的是生成的是CO而不是而不是CO2。二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)的比較二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)的比較名稱名稱SiO2CO2物理物理性質(zhì)性質(zhì)顏色顏色無色無色無色無色狀態(tài)狀態(tài)固體固體氣體氣體熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)很高很高很低很低硬度硬度大大小小溶解性溶解性不溶于水不溶于水可溶于水可溶于水名稱名稱SiO2CO2化學(xué)化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)類型類型硅酸酸酐、硅酸酸酐、酸性氧化物酸性氧化物碳酸酸酐、碳酸酸酐、酸性氧化物酸性氧化物與堿與堿(NaOH)SiO22NaOH= Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2OCO2過量時(shí)生過量時(shí)生成成NaHCO3 例例2下列說法中，正確的是下列說法中，正確的是()ASiO2和和CO2均由分子直接構(gòu)成均由分子直接構(gòu)成BCO2、SiO2都是酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)都是酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng) CCO2和和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧化鈣反應(yīng)化鈣反應(yīng) DCO2、SiO2分別是分別是H2CO3、H2SiO3的酸酐，因而均可的酸酐，因而均可由由CO2、SiO2與水反應(yīng)制得相應(yīng)酸與水反應(yīng)制得相應(yīng)酸 解析解析SiO2直接由硅原子、氧原子構(gòu)成，直接由硅原子、氧原子構(gòu)成，CO2是由是由CO2分子構(gòu)成，分子構(gòu)成，A錯(cuò)；錯(cuò)；SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，B錯(cuò)；錯(cuò)；CO2、SiO2與與CaO反應(yīng)生成反應(yīng)生成CaCO3和和CaSiO3。SiO2不溶于水，不能與水反不溶于水，不能與水反應(yīng)生成應(yīng)生成H2SiO3，D錯(cuò)。錯(cuò)。 答案答案C1表示方法表示方法(1)化學(xué)式法：化學(xué)式法： 如硅酸鈉如硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣、硅酸鈣(CaSiO3)等。此法一般用等。此法一般用于組成比較簡單的硅酸鹽。于組成比較簡單的硅酸鹽。 (2)氧化物法：氧化物法： 硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，多以氧化物形式硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，多以氧化物形式來表示它的組成，通式為來表示它的組成，通式為aMxOybSiO2cH2O。 當(dāng)金屬不止一種時(shí)，先寫活潑金屬，再寫較活潑金當(dāng)金屬不止一種時(shí)，先寫活潑金屬，再寫較活潑金屬，然后是二氧化硅，最后寫水。屬，然后是二氧化硅，最后寫水。 氧化物化學(xué)式之間用氧化物化學(xué)式之間用“”隔開，化學(xué)式前的系數(shù)只能隔開，化學(xué)式前的系數(shù)只能取整數(shù)，且只代表該氧化物本身。取整數(shù)，且只代表該氧化物本身。 氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素盡氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素盡量按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。量按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。例如：硅酸鈉：例如：硅酸鈉：Na2SiO3Na2OSiO2，石棉：石棉：Mg3Ca(SiO3)4CaO3MgO4SiO2。2硅酸鈉硅酸鈉 (1)物理性質(zhì)：可溶于水，水溶液俗稱物理性質(zhì)：可溶于水，水溶液俗稱“水玻璃水玻璃”。“水玻水玻璃璃”具有很強(qiáng)的黏合性，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。具有很強(qiáng)的黏合性，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。 (2)化學(xué)性質(zhì)：易與酸反應(yīng)?；瘜W(xué)性質(zhì)：易與酸反應(yīng)。 與強(qiáng)酸反應(yīng)：與強(qiáng)酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 與與CO2反應(yīng)：反應(yīng)：CO2不足，不足，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3； CO2過量，過量，Na2SiO32CO22H2O=2NaHCO3H2SiO3。 特別提醒特別提醒 (1)由于硅酸鹽組成復(fù)雜，用氧化物表示其組成只是由于硅酸鹽組成復(fù)雜，用氧化物表示其組成只是為了簡化對硅酸鹽組成的表示，不能理解成硅酸鹽以氧為了簡化對硅酸鹽組成的表示，不能理解成硅酸鹽以氧化物形式存在?；镄问酱嬖?。 (2)硅酸硅酸(H2SiO3)是一種難溶于水的白色膠狀物，酸是一種難溶于水的白色膠狀物，酸性比碳酸還弱，硅酸受熱分解為二氧化硅和水。硅酸失性比碳酸還弱，硅酸受熱分解為二氧化硅和水。硅酸失去部分水后得硅膠。去部分水后得硅膠。 例例3高嶺土的組成是：高嶺土的組成是：Al2Si2Ox(OH)y，其中，其中x、y的的值分別是值分別是()A7、2B5、4C6、3 D3、6答案答案B(1)硅酸鹽中，氧原子與其他原子具有一定配比關(guān)系。硅酸鹽中，氧原子與其他原子具有一定配比關(guān)系。(2)各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零。各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零。點(diǎn)此進(jìn)入點(diǎn)此進(jìn)入