1、硅無機非金屬材料第1頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六1、了解硅的主要性質；2、了解二氧化硅的主要性質。第2頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六你知道硅谷嗎？第3頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六你知道硅谷嗎？ 高技術產業開發區,電子技術研究中心,計算機生產的重要基地,最早位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端.第4頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。第5頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六半導體材料導電能力介于導體

2、和絕緣體之間的一類材料。一、單質硅與半導體材料 最早使用的半導體材料 ，現在最廣泛使用的半導體材料 。鍺硅第6頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅在自然界的存在形態：無游離態，只有化合態。常見存在物質形式：二氧化硅和硅酸鹽等。第7頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六氧48.6%硅26.3%鋁7.73%鐵4.75%鈣3.45%鈉2.74%鉀2.47%鎂2.00%氫0.16%其他1.20%硅元素(silicon)在地殼中的含量硅在地殼中的含量僅次于氧，儲量豐富，現已成為應用廣泛的半導體材料。第8頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六觀察硅

3、單質的實物圖片并閱讀教材P108第一段，總結硅的物理性質第9頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的結構類似于金剛石，熔點和沸點都很高，硬度大。導電性介于導體和絕緣體之間,是重要的半導體材料。物理性質1、硅單質的物理性質第10頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六碳族元素在元素周期表中的位置第11頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六Si最外層電子數是4，碳也是。思考2：碳、硅原子主要顯幾價？正四價（+4價）思考1：硅原子最外層電子數是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層

4、電子數與它相同？+142 8 4第12頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六晶體硅的結構第13頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六（不易與H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、鹽酸等物質反應）加熱，Si能與某些非金屬單質反應（燃燒，放出大量的熱）Si+O2=SiO2Si+2Cl2=SiCl42、硅單質的化學性質（1）常溫下，化學性質穩定第14頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六（2）常溫下只與強堿、氫氟酸、氟氣反應Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2Si+2F2 = SiF4Si+4HF = SiF4+2H2 第15頁，共67

5、頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六制粗硅：硅鐵硅錳合金硅鋇合金（粗硅）粗硅提純后可以得到高純硅，作為半導體材料。SiO2 +2C =Si + 2CO高溫氧化劑：SiO2 得到電子發生還原反應還原劑： C 失去電子發生氧化反應3、硅的工業制法第16頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六 硅芯片、大規模集成電路及相應的計算機技術都需要有高純度的硅才能實現，所以需要對粗硅進行提純： Si+2Cl2=SiCl4（粗硅） 高溫SiCl4+2H2=Si+4HCl （高純硅）提純：第17頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六 碳（ C ） 硅（Si） 常溫下很

6、穩定，在高溫或點燃的條件下有較強還原性。常溫下很穩定，高溫時也能發生反應。Si+O2 = SiO2Si+2F2=SiF4Si+2NaOH+H2O= Na2SiO3+ 2H2Si+4HF=SiF4+2H2Si+2Cl2=SiCl44、硅與碳的化學性質比較點燃C+O2 = CO22C+O2 = 2COC+CuO = Cu+COC+H2O = H2+CO點燃高溫C+CO2 = 2CO高溫高溫C+O2 = CO2第18頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六5、硅的用途（1）硅芯片；半導體材料（2）制集成電路、晶體管、硅整流器等半導體材料（3）含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯（4）含硅15%

7、的鋼具有耐酸性，制耐酸設備第19頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅芯片的使用，使計算機的體積已縮小到筆記本一樣大小了。太陽能電池電腦的中央處理器（CPU）第20頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅光電池大規模集成電路 硅的用途非常廣泛，可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件，還可以制太陽能電池，制鋁合金、鐵合金等多種合金。第21頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六1、下列關于硅的敘述，不正確的是（ ）A、硅是非金屬元素，但其單質是灰黑色有金屬光澤的固體B、硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料C、硅的化學性

8、質不活潑，常溫下不與任何物質反應D、當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質反應C第22頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六2、下列關于Si的化學性質中正確的是（ ）A、常溫下能與任何酸反應B、常溫下可與強堿溶液反應C、常溫下可與氧氣反應D、常溫下不與任何酸反應B第23頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六二氧化硅(SiO2) 二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構成了巖石。是一種堅硬難熔的固體。 硅石硅礦山第24頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六1、二氧化硅的存在硅石(天然)結晶形（水晶、瑪瑙 、沙子）無定形（硅藻土）

9、晶體二氧化硅第25頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六無定形二氧化硅自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質輕、松軟的固體，吸附性強。 第26頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六SiO2、二氧化硅的結構SiO2屬于原子晶體SiO2是正四面體的空間網狀結構，因此性質很穩定 第27頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六3、二氧化硅的用途由于SiO2具有優良的物理化學性能，加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應用。第28頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星

10、期六二氧化硅用來制光導纖維 光導纖維就是比頭發絲還細的、能傳導光信號的玻璃絲。制造光導纖維的材料就是二氧化硅。光導纖維主要用于通訊、傳感、測量等，光纖通訊的優點就是通信容量大，一對光纖上可同時傳送3萬門電話。 第29頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六光學纖維胃鏡用光導纖維做手術第30頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六實驗室使用的石英坩堝第31頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六第32頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六總結：用途: 制造電子元器件、光學儀器 精密儀器軸承、光導纖維、醫療器械 、石英鐘、工藝品、玻

11、璃等。第33頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六根據SiO2用途和結構思考:二氧化硅具有哪些物理性質? 化學穩定性如何? 第34頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六無色，沸點高、硬度大、不溶于水、不導電的晶體4、二氧化硅的物理性質（2）SiO2不溶于水而且不與水反應 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高溫（1）是酸性氧化物SiO2 + 2OH =SiO3 2-+ H2O5、二氧化硅的化學性質第35頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六（3）在高溫下與碳酸鹽的反應SiO2+Na2CO3=CO2 +

12、Na2SiO3高溫SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高溫（4）特性：能與氫氟酸反應SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O（5）弱的氧化性SiO2+2C= Si+2CO高溫工業上用此反應制備粗硅，這就是“從沙灘到用戶”！第36頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六二氧化碳CO2二氧化硅SiO2物質分類與堿性氧化物反應與堿反應與水反應與HF反應 均屬于酸性氧化物CO2 CaO=CaCO3CaOSiO2=CaSiO3高溫CO2 2NaOH= Na2CO3+H2O SiO2 2NaOH= Na2SiO3+H2OCO2 H2O H2CO3不反應不反應SiO2+4HF

13、= SiF4+2H2O二氧化硅與二氧化碳的比較第37頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六1、下列各組物質有關性質關系的比較，正確的是（ ）A、溶解性：CO2 H2CO3C、熔點：SiO2 CO2（干冰） D、硬度： SiO2 CO22、下列物質中,不能用玻璃瓶來盛裝的是（ ）A、燒堿溶液 B、濃硫酸 C、氫氟酸 D、碳酸鈉溶液 CC第38頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六3、要除去SiO2中的CaO雜質，最適宜的試劑是（ ）A、純堿溶液 B、鹽酸 C、硫酸 D、苛性鈉溶液B第39頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅酸鹽與無機非金屬

14、材料第40頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅酸鹽是結構復雜的固態化合物，除硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸銨以外均難溶于水1.含義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱 一、硅酸鹽2.硅酸鹽的表示方法： （1）化學式法：（2）氧化物法：硅酸鈉：Na2SiO3硅酸鈣：CaSiO3硅酸鈉：Na2O SiO2硅酸鈣： CaO SiO2第41頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六高嶺石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母： K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O長石：K2O

15、 3CaO 6SiO2 粘土：Al2O3 2SiO2 2H2O第42頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六（1）物理性質Na2SiO3是白色固體，俗稱“泡花堿”，易溶于水，其水溶液俗稱“水玻璃”，是一種無色粘稠狀液體，是一種礦物膠，可做粘合劑。3.硅酸鈉（Na2SiO3）第43頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六（2）化學性質 與比硅酸酸性強的酸反應，制備硅酸 2HCl + Na2SiO3 = H2SiO3+ 2NaCl（硅酸的制備方法） 硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，熱穩定性好（3）用途 可用于建筑、紙張的粘合劑，木材、織物的防腐劑、防火劑等。第44頁，共

16、67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六硅酸的性質 物理性質:白色,膠狀,不溶于水的弱酸 化學性質:弱酸性，酸性比碳酸弱，能與強堿反應 H2SiO3+2NaOH=2 H2O +Na2SiO3 不穩定性 H2SiO3=H2O+SiO2（3）用途：可作干燥劑和催化劑的載體第45頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六t二、傳統無機非金屬材料（硅酸鹽產品）第46頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六1、玻璃：(2)生產過程： 純堿、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2高溫 高溫 玻璃的

17、生產原料：(3)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物。或Na2OCaO6SiO2；玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內軟化。 (4)玻璃的性能：第47頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六玻璃的種類：a.鉛玻璃（用于制光學儀器）防輻射鉛玻璃重鉛玻璃人造水晶第48頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六b.有色玻璃 【藍色鈷玻璃（CoO3)、紅色玻璃（Cu2O）】第49頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六c.鋼化玻璃（用于汽車、火車窗）第50頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六 水泥是一種非常

18、重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。2、水泥第51頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六 硅酸三鈣（3CaO SiO2）、 硅酸二鈣（ 2CaO SiO2 ）、 鋁酸三鈣（ 3CaO Al2O3）水泥是最重要的建筑材料，普通水泥主要成分是：水泥的特點是水泥具有 ，與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬。混凝土是 、 和 的混合物，混凝土常用鋼筋做結構，就是通常說的鋼筋混凝土。水硬性水泥 砂子碎石現在，還發明了各種新式水泥，如礬土水泥、膨脹水泥和混凝土水泥等。第52頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六3、陶瓷： 陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、

19、絕緣、易成型等許多優點，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛。家用陶瓷江蘇宜興，有陶都之稱。第53頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六隋代燒制的三彩陶駱駝第54頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國家中，“瓷器”和“中國”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮所燒制的薄胎瓷器被譽為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄。” 我國江西景德鎮素有“瓷都”之稱第55頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六江西景德鎮所燒制的瓷器第56頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六第57頁，共67頁，2

20、022年，5月20日，1點25分，星期六1、新型無機非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強度高；（2）具有電學性質；（3）具有光學性質；（4）具有生物功能；三、新型無機非金屬材料：第58頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六2、目前幾種新型陶瓷材料主要有：高溫結構陶瓷，如氮化硅（Si3N4)陶瓷，碳化硅（SiC)陶瓷等。發動機中的氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷（Si3N4 ）是灰白色固體，硬度為9，是最硬的材料之一。它的導熱性好且膨脹系數小，可經受低溫高溫、驟冷驟熱反復上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結構材料。 第59頁，共67頁，2022年，5月20日，1點25分，星期六碳化硅制成的渦輪葉片 碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點高(2450),硬度大(9.2),是重要的工業磨料。如其中摻入某些雜質,會使之出現半導體,作為高溫半導體,用于電熱元件。作為高溫結構陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應用領域是高溫、耐磨和耐蝕的環境,現已用作火箭噴嘴,熱電偶保護管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。 第60頁，共67頁，2022年，5月20日，1點2