化學高一年級《硅無機非金屬材料》課件趙少磊

硅谷siliconvalley“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計算機工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長48公里，寬16公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界90％以上的著名半導體公司，而半導體的基本元件是硅片。第一頁第二頁，共52頁。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%第二頁第三頁，共52頁。一、單質硅與半導體材料1.硅元素在自然界中全部以

態(tài)存在，硅元素在地殼中的含量居第

位僅次于

。2.最早使用的半導體材料

，現(xiàn)在最廣泛使用的半導體材料

。化合鍺硅二氧第三頁第四頁，共52頁。硅單質的性質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。物理性質半導體材料第四頁第五頁，共52頁。由下列結構示意圖你能得到什么結論？2、硅與碳結構相似，因而性質相似28424+14+6SiC1、硅與碳的原子結構相似，最外層均有4個電子3、硅與碳既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價化合物．碳是構成有機物的主要元素硅是構成巖石和許多礦物的主要元素第五頁第六頁，共52頁。分組討論：

硅屬于哪類物質？這類物質都具有那些化學性質？請大膽猜想硅可能具有那些化學性質？第六頁第七頁，共52頁。（1）常溫下，化學性質穩(wěn)定例如，常溫下，不易與H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、鹽酸等物質反應（2）常溫下只與堿、氫氟酸、氟氣反應4.硅的化學性質Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4↑

+2H2↑Si+2F2=SiF4第七頁第八頁，共52頁。

（3）加熱，Si能與某些非金屬單質反應（燃燒，放出大量的熱）Si+O2=====SiO2△①②Si+2Cl2======SiCl4高溫

（4）加熱，Si能與某些金屬單質反應第八頁第九頁，共52頁。5.硅的制備SiO2+2C====Si+2CO↑

（粗硅）高溫提純：Si+2Cl2==SiCl4高溫SiCl4+2H2==Si+4HCl高溫（高純硅）SiO2+3C====SiC+2CO↑

（金剛砂）高溫第九頁第十頁，共52頁。5、硅的用途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%的鋼具有耐酸性，制耐酸設備①硅芯片；半導體材料第十頁第十一頁，共52頁。二、二氧化硅與光導纖維1.自然界中存在石英巖水晶瑪瑙沙子第十一頁第十二頁，共52頁。（一）、二氧化硅(SiO2)

石英晶體是結晶的SiO2，無色透明的叫做水晶，具有彩色環(huán)帶狀或層狀的叫瑪瑙二氧化硅(天然硅石)結晶形無定形瑪瑙水晶第十二頁第十三頁，共52頁。瑪瑙水晶第十三頁第十四頁，共52頁。3.SiO2的結構空間網狀結構性質很穩(wěn)定

第十四頁第十五頁，共52頁。物理性質:___________________________________化學穩(wěn)定性:____________________________硬度大、熔點高、難溶于水很穩(wěn)定根據SiO2的存在和應用，請你分析以下問題：SiO2具有哪些物理性質？化學穩(wěn)定性如何？你的根據是什么？SiO2這些性質是由什么決定的？第十五頁第十六頁，共52頁。分組討論：（1）二氧化硅屬于哪類物質？（2）這類物質都有那些化學性質？（3）二氧化硅可以和那些物質反應？第十六頁第十七頁，共52頁。討論：已知二氧化硅是一種酸性氧化物，其中硅的化合價為＋4價，請你預測二氧化硅的化學性質。(1)屬類：(2)價態(tài)：(3)特性SiO2為酸性氧化物SiO2中Si顯+4價為最高價第十七頁第十八頁，共52頁。3.SiO2的化學性質SiO2CO2水CO2+H2O=H2CO3堿CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O堿性氧化物CO2+CaO=CaCO3——酸性氧化物高溫高溫不反應SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3第十八頁第十九頁，共52頁。3.二氧化硅的化學性質（1）酸性氧化物的通性①與強堿反應SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O結論：盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，可用橡膠塞。第十九頁第二十頁，共52頁。③與某些鹽反應CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫②與堿性氧化物反應SiO2+CaO=====CaSiO3高溫第二十頁第二十一頁，共52頁。二氧化硅的注意點：不與水反應（如何制取硅酸？）SiO2+H2O≠H2SiO3④特性：與氫氟酸反應SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O用途：刻蝕玻璃花紋結論：氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝，而盛在塑料瓶。第二十一頁第二十二頁，共52頁。

答：玻璃中的SiO2

與NaOH反應生成有粘膠性的硅酸鈉學以致用

答：HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。（3）某同學根據SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應,推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?（1）為什么在實驗室中盛放NaOH

溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（2）實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應生成鹽和水第二十二頁第二十三頁，共52頁。2、用途：制光導纖維、電子工業(yè)重要部件、光學儀器、耐高溫化學儀器、利用石英晶體制造石英電子表、石英鐘等。第二十三頁第二十四頁，共52頁?，F(xiàn)象結論反應式

滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸紅色消失，并有透明膠狀物質生成Na2SiO3溶液呈堿性，與酸反應生成了H2SiO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl（二）、硅酸(H2SiO3)實驗4-1

：試管中加入2ｍLNa2SiO3飽和溶液，滴入1滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸，邊滴邊振蕩，至紅色變淺并接近消失停止，觀察現(xiàn)象。并填寫下表：第二十四頁第二十五頁，共52頁。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl1、制備2、物理性質:白色，膠狀，不溶于水的物質4、用途:可作干燥劑和催化劑的載體3、化學性質酸性比碳酸弱（2)不穩(wěn)定性：

H2SiO3==SiO2+2H2O△強酸制弱酸原理（酸性HCl>H2CO3）（1)與強堿溶液反應：

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O第二十五頁第二十六頁，共52頁。第二十六頁第二十七頁，共52頁。硅酸的酸性比鹽酸弱，那么硅酸酸性與碳酸相比較如何呢？請你設計一個實驗論證你的推斷。實驗探究實驗：將CO2通入Na2SiO3溶液中現(xiàn)象：透明的硅酸凝膠生成方程式：Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3+Na2CO3結論：硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱第二十七頁第二十八頁，共52頁。4.二氧化硅的用途注意：硅和二氧化硅的用途易混淆①制造光導纖維

和石英表中的壓電材料②水晶：制造電子部件和光學儀器第二十八頁第二十九頁，共52頁。二、硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。結構復雜一般不溶于水化學性質很穩(wěn)定硅酸鈉（Na2SiO3),其水溶液俗稱水玻璃第二十九頁第三十頁，共52頁。硅酸鹽表示方法：硅酸鹽的種類很多，結構復雜，為了方便記憶和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成原則：金屬氧化物（較活潑較不活潑）——非金屬氧化物方法：1、找組成元素2、寫成氧化物的形式3、原子個數(shù)比不變4、檢查有無遺漏第三十頁第三十一頁，共52頁。請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（Na2SiO3）————————————鎂橄欖石（Mg2SiO4）————————————高嶺土{Al2(Si2O5)(OH)4}————————————第三十一頁第三十二頁，共52頁。實驗4-2放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結論當水分蒸發(fā)后燃燒當水分蒸發(fā)后不易燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防火劑的原料第三十二頁第三十三頁，共52頁。硅酸鹽的豐富性和多樣性第三十三頁第三十四頁，共52頁。陶瓷日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具第三十四頁第三十五頁，共52頁。玻璃普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2第三十五頁第三十六頁，共52頁。1、主要原料：純堿、石灰石和石英。3、反應原理：復雜的物理、化學變化2、生產過程：（玻璃熔爐）Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高溫高溫第三十六頁第三十七頁，共52頁。4、玻璃的主要成分：Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2

5、玻璃態(tài)物質玻璃

沒有固定的熔點。

沒有一定的熔點而在某一溫度范圍內逐漸軟化的物質。（介于晶體與非晶體之間。）實例特性定義玻璃態(tài)物質第三十七頁第三十八頁，共52頁。幾種常見玻璃簡介普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色藍玻璃紅玻璃鉛玻璃光學儀器玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光導纖維：1964年8月華裔科學家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導線，被譽為“纖維光學之父”。比頭發(fā)絲還細的一對光導纖維上同時傳送3萬門電話且中繼距離長達20——50Km，保密性能好。

在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。

把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機械強度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。6、幾種常見的玻璃第三十八頁第三十九頁，共52頁。水泥以黏土和石灰石為主要原料第三十九頁第四十頁，共52頁。具有特殊功能的含硅物質碳化硅（金剛砂）第四十頁第四十一頁，共52頁。硅鋼導磁性良好，用作變壓器鐵芯第四十一頁第四十二頁，共52頁。硅橡膠第四十二頁第四十三頁，共52頁。分子篩具有均勻微孔結構的鋁硅酸鹽第四十三頁第四十四頁，共52頁。新型陶瓷——生物陶瓷人造骨第四十四頁第四十五頁，共52頁。三、硅酸鹽與無機非金屬材料玻璃水泥陶瓷原料反應原理主要成分特性CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫純堿、石灰石、石英粘土、石灰石粘土高溫下發(fā)生復雜的物理、化學變化燒結時發(fā)生復雜物理、化學變化SiO2CaSiO3Na2SiO32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O3硅酸鹽非晶體，透明、無固定熔點，可在一定溫度范圍內軟化水硬性：無論在水中還是在空氣中均能硬化（是不可逆過程）