硅無(wú)機(jī)非金屬材料

1、第四章 材料家族中的元素4.1硅 無(wú)機(jī)非金屬材料元素周期表半導(dǎo)體一、硅（Silicon）1、含量和存在在地殼中，硅的含量居第二位，僅次于氧自然界中，硅無(wú)游離態(tài)存在，只以化合態(tài)存在（以SiO2或硅酸鹽的形式存在）是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分半導(dǎo)體材料：指導(dǎo)電能力介于 和 之間的一類(lèi)材料，最早使用的半導(dǎo)體材料是 ，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料是 導(dǎo)體絕緣體鍺硅氧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 半導(dǎo)體材料。硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種單質(zhì)二、硅單質(zhì)（Si）1.物理性質(zhì) 灰黑色，硬而脆，有金屬光澤的固體，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，

2、硬度大，+142 8 4+62 4 2.硅的原子結(jié)構(gòu)碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素SiC因?yàn)楣韬吞家粯?其原子既不易失去又不易得到電子,主要形成四價(jià)的化合物.所以常溫下，碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不活潑3.化學(xué)性質(zhì) 常溫常溫下，化學(xué)性質(zhì)下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定穩(wěn)定，只與，只與強(qiáng)堿、氫氟酸、強(qiáng)堿、氫氟酸、 氟氣氟氣反應(yīng)反應(yīng)Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2Si + O2 SiO2（唯一與NaOH 溶液反應(yīng)放出H2的非金屬單質(zhì)）經(jīng)蒸餾提純后，再用經(jīng)蒸餾提純后，再用氫氣還原氫氣還原制得純硅。制得純硅。4、硅的制備工業(yè)上先在電爐里高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅Si

3、O22C = Si2CO高溫然后將粗硅在高溫下跟氯氣 反應(yīng)生成一種液態(tài)物質(zhì)。Si2Cl2 SiCl4（液體，易揮發(fā)）高溫高溫SiCl4 2H2 Si 4HCl5、用途：、用途： 集成電路、晶體管、硅整流器等集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制還可以制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等。造變壓器鐵芯等。三、二氧化硅（SiO2）1.存在：廣泛存在與自然界，是沙子、石英的主要成分。天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅.石英水晶瑪瑙2 物理性質(zhì) 堅(jiān)硬難熔的固體，熔沸點(diǎn)比較高，不溶于水，硬度比堅(jiān)硬難熔的固體，熔沸點(diǎn)比較高，不溶于水

4、，硬度比較大。較大。水晶水晶18010928Sio基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體Si2O4，晶體中不存在二氧化硅分子，SiO2是化學(xué)式不是分子式。（1）、酸性氧化物b、常溫下、與NaOH溶液緩慢反應(yīng)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O3、化學(xué)性質(zhì)：SiO2 + H2O =a、SiO2是H2SiO3的酸酐，不溶于水，不能直接與水反應(yīng)制取硅酸SiO2 + CaO = CaSiO3高溫c、高溫下、與堿性氧化物反應(yīng)：（2）與氫氟酸作用（SiO2很不活潑，HF是唯一 能跟其反應(yīng)的酸）4HF+SiO2=SiF4+2H2O用來(lái)刻蝕玻璃4、用途：光導(dǎo)纖維石英：耐高溫化學(xué)儀器、石英電子表、石英鐘水晶：電子工

5、業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、 高級(jí)工藝品和眼鏡片瑪瑙：精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品光纖視頻瑪瑙飾品練一練1下列敘述中，正確的是A自然界中存在大量單質(zhì)硅 B硅元素是形成地殼的主要元素，在地殼中的含量占第一位C純硅可以通過(guò)下列反應(yīng)制得：SiO2+2CSi+2CO D單晶硅是良好的半導(dǎo)體材料1下列敘述中，正確的是下列敘述中，正確的是A自然界中存在大量單質(zhì)硅自然界中存在大量單質(zhì)硅 B硅元素是形成地殼的主要元素，在地殼中的含量占硅元素是形成地殼的主要元素，在地殼中的含量占第一位第一位C純硅可以通過(guò)下列反應(yīng)制得：純硅可以通過(guò)下列反應(yīng)制得：SiO2+2C=Si+2CO D單晶硅是良好的半導(dǎo)體材料單晶硅是良好的

6、半導(dǎo)體材料D2、下列物質(zhì)中，不能與二氧化硅反應(yīng)的是（ ） A、燒堿 B、氫氟酸 C、硝酸 D、生石灰 c四、硅酸（H2SiO3)（1）制?。篘a2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3白色膠狀強(qiáng)酸制弱酸（2）性質(zhì)： 白色粉末，難溶 弱酸性(酸性 H2SiO3 H2CO3) 不能使指示劑變色 脫水形成硅膠Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3（用作干燥劑）原理思考：二氧化硅不溶于水，如何由二氧化硅制取硅酸？不穩(wěn)定性H2SiO3SiO2 + H2O五、硅酸鹽（由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱(chēng)）1、一般不溶于水，性質(zhì)穩(wěn)定。3、硅酸鈉（Na2SiO3）：白色固體，可溶，其

7、水溶液（無(wú)色）俗稱(chēng)水玻璃、泡花堿，具有一定黏性2、用氧化物形式表示硅酸鹽的方法：表示成氧化物形式的順序是： 金屬氧化物二氧化硅水例如：高嶺石Al2（Si2O5）（OH）4Al2O32SiO22H2O與酸反應(yīng)：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOH、KOH、應(yīng)用橡膠塞SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O5、硅酸鹽的工業(yè)：（3）水泥（2）玻璃（1）陶瓷4、無(wú)機(jī)非金屬材料：主要包括：玻璃、陶瓷、無(wú)機(jī)非金屬涂層等。特點(diǎn)：耐高溫、硬度高、抗腐蝕；有的還有獨(dú)特的光電特性（1）傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：以硅酸鹽為主要成分，包括玻璃、水泥、陶瓷等。（2）新型無(wú)機(jī)非金屬材料：如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。（1）陶瓷(人類(lèi)應(yīng)用最早的硅酸鹽材料）硅酸鹽的豐富性和多樣性硅酸鹽的豐富性和多樣性人面魚(yú)紋盆(陶瓷)磚瓦(陶瓷)（2）玻璃1、原料： 純堿、石灰石和石英 3、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCaO6SiO2） SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2高溫SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3+CO2高溫2、原理：玻璃玻璃: :普通玻璃普通玻璃: : Na Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2（3）水泥：1、主要原料：粘