硅無機(jī)非金屬材料

硅無機(jī)非金屬材料第1頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、了解硅的主要性質(zhì)；2、了解二氧化硅的主要性質(zhì)。第2頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月你知道硅谷嗎？第3頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月你知道硅谷嗎？高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計(jì)算機(jī)生產(chǎn)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料

最早使用的半導(dǎo)體材料

，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料

。鍺硅第6頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅在自然界的存在形態(tài)：無游離態(tài)，只有化合態(tài)。常見存在物質(zhì)形式：二氧化硅和硅酸鹽等。第7頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氧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?jī)H次于氧，儲(chǔ)量豐富，現(xiàn)已成為應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料。第8頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月觀察硅單質(zhì)的實(shí)物圖片并閱讀教材P108第一段，總結(jié)硅的物理性質(zhì)第9頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)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,是重要的半導(dǎo)體材料。物理性質(zhì)1、硅單質(zhì)的物理性質(zhì)第10頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳族元素在元素周期表中的位置第11頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Si最外層電子數(shù)是4，碳也是。思考2：碳、硅原子主要顯幾價(jià)？正四價(jià)（+4價(jià)）思考1：硅原子最外層電子數(shù)是多少？我們很熟悉的哪種元素最外層電子數(shù)與它相同？+14284第12頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶體硅的結(jié)構(gòu)第13頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（不易與H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應(yīng)）加熱，Si能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（燃燒，放出大量的熱）Si+O2=====SiO2△①Si+2Cl2======SiCl4②2、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)（1）常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定第14頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）常溫下只與強(qiáng)堿、氫氟酸、氟氣反應(yīng)Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+2F2====SiF4Si+4HF====SiF4↑+2H2↑第15頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制粗硅：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(dǎo)體材料。SiO2+2C====Si+2CO↑高溫氧化劑：SiO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)還原劑：C失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)3、硅的工業(yè)制法第16頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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)粗硅進(jìn)行提純：Si+2Cl2====SiCl4（粗硅）

高溫SiCl4+2H2====Si+4HCl

（高純硅）提純：第17頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

碳（C）

硅（Si）常溫下很穩(wěn)定，在高溫或點(diǎn)燃的條件下有較強(qiáng)還原性。常溫下很穩(wěn)定，高溫時(shí)也能發(fā)生反應(yīng)。Si+O2====SiO2Si+2F2====SiF4?Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+4HF====SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2====SiCl4?4、硅與碳的化學(xué)性質(zhì)比較點(diǎn)燃C+O2====CO22C+O2====2COC+CuO====Cu+COC+H2O====H2+CO點(diǎn)燃高溫C+CO2====2CO高溫高溫C+O2====CO2第18頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、硅的用途（1）硅芯片；半導(dǎo)體材料（2）制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料（3）含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯（4）含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備第19頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅芯片的使用，使計(jì)算機(jī)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅光電池大規(guī)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(dǎo)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、下列關(guān)于硅的敘述，不正確的是（）A、硅是非金屬元素，但其單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B、硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C、硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D、當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)C第22頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、下列關(guān)于Si的化學(xué)性質(zhì)中正確的是（）A、常溫下能與任何酸反應(yīng)B、常溫下可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)C、常溫下可與氧氣反應(yīng)D、常溫下不與任何酸反應(yīng)B第23頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化硅(SiO2)

二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。是一種堅(jiān)硬難熔的固體。硅石硅礦山第24頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、二氧化硅的存在硅石(天然)結(jié)晶形（水晶、瑪瑙、沙子）無定形（硅藻土）晶體二氧化硅第25頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(zhì)輕、松軟的固體，吸附性強(qiáng)。第26頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SiO2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)SiO2屬于原子晶體SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定

第27頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、二氧化硅的用途由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)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(yīng)用。第28頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化硅用來制光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維就是比頭發(fā)絲還細(xì)的、能傳導(dǎo)光信號(hào)的玻璃絲。制造光導(dǎo)纖維的材料就是二氧化硅。光導(dǎo)纖維主要用于通訊、傳感、測(cè)量等，光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)就是通信容量大，一對(duì)光纖上可同時(shí)傳送3萬門電話。

第29頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光學(xué)纖維胃鏡用光導(dǎo)纖維做手術(shù)第30頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)室使用的石英坩堝第31頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)：用途:制造電子元器件、光學(xué)儀器精密儀器軸承、光導(dǎo)纖維、醫(yī)療器械、石英鐘、工藝品、玻璃等。第33頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)SiO2用途和結(jié)構(gòu)思考:二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)?化學(xué)穩(wěn)定性如何?第34頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無色，沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水、不導(dǎo)電的晶體．4、二氧化硅的物理性質(zhì)（2）SiO2不溶于水而且不與水反應(yīng)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(xué)性質(zhì)第35頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）在高溫下與碳酸鹽的反應(yīng)SiO2+Na2CO3====CO2

+Na2SiO3高溫SiO2+CaCO3====CO2

+CaSiO3高溫（4）特性：能與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF====SiF4

+2H2O（5）弱的氧化性SiO2+2C====Si+2CO高溫工業(yè)上用此反應(yīng)制備粗硅，這就是“從沙灘到用戶”！第36頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳CO2二氧化硅SiO2物質(zhì)分類與堿性氧化物反應(yīng)與堿反應(yīng)與水反應(yīng)與HF反應(yīng)

均屬于酸性氧化物CO2＋CaO====CaCO3CaO＋SiO2====CaSiO3高溫CO2＋2NaOH====Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH====Na2SiO3+H2OCO2＋H2OH2CO3不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O二氧化硅與二氧化碳的比較第37頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較，正確的是（）A、溶解性：CO2

<SiO2B、酸性：H2SiO3>H2CO3C、熔點(diǎn)：SiO2>CO2（干冰）D、硬度：SiO2<CO22、下列物質(zhì)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、要除去SiO2中的CaO雜質(zhì)，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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料

第40頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅酸鹽是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)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(xué)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高嶺石：Al2O3·

2SiO2·2H2O石棉：CaO

·

3MgO·4SiO2

沸石：Na2O

·Al2O3·

3SiO2·2H2O云母：

K2O·3Al2O3·

6SiO2·2H2O長(zhǎng)石：K2O·

3CaO

·6SiO2

粘土：Al2O3·

2SiO2·2H2O第42頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）物理性質(zhì)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）化學(xué)性質(zhì)①與比硅酸酸性強(qiáng)的酸反應(yīng)，制備硅酸

2HCl+Na2SiO3====H2SiO3↓+2NaCl（硅酸的制備方法）

②硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，熱穩(wěn)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅酸的性質(zhì)

①物理性質(zhì):白色,膠狀,不溶于水的弱酸②化學(xué)性質(zhì):弱酸性，酸性比碳酸弱，能與強(qiáng)堿反應(yīng)

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3

③不穩(wěn)定性

H2SiO3==H2O+SiO2（3）用途：可作干燥劑和催化劑的載體第45頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月t二、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料（硅酸鹽產(chǎn)品）第46頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、玻璃：(2)生產(chǎn)過程：純堿、石灰石和石英。

Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫

高溫⑴玻璃的生產(chǎn)原料：(3)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成的混合物?；騈a2O·CaO·6SiO2；玻璃無固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。(4)玻璃的性能：第47頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑤玻璃的種類：a.鉛玻璃（用于制光學(xué)儀器）防輻射鉛玻璃重鉛玻璃人造水晶第48頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.有色玻璃

【藍(lán)色鈷玻璃（CoO3)、紅色玻璃（Cu2O）】第49頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.鋼化玻璃（用于汽車、火車窗）第50頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

水泥是一種非常重要的建筑材料。萬丈高樓平地起，穿針引線是水泥。2、水泥第51頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅酸三鈣（3CaO●SiO2）、硅酸二鈣（2CaO●SiO2

）、鋁酸三鈣（3CaO●Al2O3）①水泥是最重要的建筑材料，普通水泥主要成分是：②水泥的特點(diǎn)是水泥具有，與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬?；炷潦恰⒑偷幕旌衔?，混凝土常用鋼筋做結(jié)構(gòu)，就是通常說的鋼筋混凝土。水硬性水泥

砂子碎石③現(xiàn)在，還發(fā)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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、陶瓷：

陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)，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(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隋代燒制的三彩陶駱駝第54頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月瓷器是中華文明的象征。在許多拉丁語系國(guó)家中，“瓷器”和“中國(guó)”都以“CHINA”用同一字母拼音表示。江西景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄?！?/p>

我國(guó)江西景德鎮(zhèn)素有“瓷都”之稱第55頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月江西景德鎮(zhèn)所燒制的瓷器第56頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第57頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、新型無機(jī)非金屬材料的特征：（1）耐高溫、強(qiáng)度高；（2）具有電學(xué)性質(zhì)；（3）具有光學(xué)性質(zhì)；（4）具有生物功能；三、新型無機(jī)非金屬材料：第58頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、目前幾種新型陶瓷材料主要有：①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，如氮化硅（Si3N4)陶瓷，碳化硅（SiC)陶瓷等。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)熱性好且膨脹系數(shù)小，可經(jīng)受低溫高溫、驟冷驟熱反復(fù)上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。

第59頁(yè)，課件共67頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳化硅制成的渦輪葉片碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點(diǎn)高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業(yè)磨料。如其中摻入某些雜質(zhì),會(huì)使之出現(xiàn)半導(dǎo)體,作為高溫半導(dǎo)體,用于電熱元件。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境,現(xiàn)已用作火箭噴嘴,熱電偶保護(hù)管,