第二節(jié)硅及其化合物無(wú)機(jī)非金屬材料

1、12一、硅（Si）硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體1、灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體、灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體2、熔、沸點(diǎn)高、硬度大、熔、沸點(diǎn)高、硬度大34Si晶體硅的結(jié)構(gòu)晶體硅的結(jié)構(gòu) 晶體硅的晶體結(jié)構(gòu)與金晶體硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，也是由一個(gè)硅剛石相似，也是由一個(gè)硅原子與原子與4個(gè)硅原子結(jié)合形個(gè)硅原子結(jié)合形成正四面體，許多這樣的成正四面體，許多這樣的正四體正四體向周?chē)臻g延面伸向周?chē)臻g延面伸形成形成空間網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。空間網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。567高溫高溫點(diǎn)燃點(diǎn)燃高溫高溫與氮?dú)馀c氮?dú)?3Si + 2N2 Si3N4 =高溫高溫與碳與碳Si C SiC =

2、8SiCl4+2H2= 4HCl+ Si (純度高的晶體硅純度高的晶體硅)高溫SiO2 粗硅粗硅 SiCl4 Si +C +Cl2 精餾精餾+H2高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫SiO2+2C = 2CO +Si (含雜質(zhì)的粗硅含雜質(zhì)的粗硅)高溫Si+2Cl2 = SiCl4生成的液態(tài)生成的液態(tài)SiCl4經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用H2還原，還原，將高純硅再經(jīng)區(qū)域熔煉法，提純?yōu)槌児瓒糜诎雽?dǎo)將高純硅再經(jīng)區(qū)域熔煉法，提純?yōu)槌児瓒糜诎雽?dǎo)體原料體原料95、硅的存在、硅的存在 在自然界中，在自然界中，沒(méi)有游離態(tài)的硅，以化合態(tài)存在沒(méi)有游離態(tài)的硅，以化合態(tài)存在，例如：，例如： 硅酸鹽

3、等，在地殼中含量居第二位，是巖石和地殼的硅酸鹽等，在地殼中含量居第二位，是巖石和地殼的 主要元素。主要元素。6、硅的用途、硅的用途 集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以 制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等。集成電路集成電路晶體管晶體管10二二、11堅(jiān)硬難熔（溶）的固體堅(jiān)硬難熔（溶）的固體，俗稱(chēng)，俗稱(chēng)“硅硅石石”,舊稱(chēng)舊稱(chēng)“矽石矽石”，二氧化硅廣泛存，二氧化硅廣泛存在于地殼的巖石中（石英、水晶）二在于地殼的巖石中（石英、水晶）二氧化硅氧化硅的熔點(diǎn)（的熔點(diǎn)（1723）沸點(diǎn)）沸點(diǎn)（223

4、0）高，硬度大，不導(dǎo)電）高，硬度大，不導(dǎo)電 123 3、化學(xué)性質(zhì)：、化學(xué)性質(zhì)：十分穩(wěn)定十分穩(wěn)定（1）酸性氧化物：酸性氧化物：強(qiáng)堿：強(qiáng)堿：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O（所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如（所以，不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3等溶液。）等溶液。）不溶于水，也不與水反應(yīng)，只能間接制取硅酸。不溶于水，也不與水反應(yīng)，只能間接制取硅酸。硅酸硅酸 H2SiO3Na2SiO3+2HCl= 2NaCl +H2SiO3 （還可以用（還可以用CO2制?。┲迫。〩2SiO3 = SiO2 + H2O13（）常溫與氫氟酸反應(yīng)（）常溫與氫氟酸

5、反應(yīng)4HF+SiO2=SiF4+2H2O堿性氧化物：堿性氧化物：SiO2+CaO=CaSiO3高溫高溫鹽：鹽： Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫高溫CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫高溫難揮發(fā)制取易揮發(fā)難揮發(fā)制取易揮發(fā)氫氟酸可用于玻璃的雕刻，不用玻璃儀器保存氫氟酸可用于玻璃的雕刻，不用玻璃儀器保存強(qiáng)酸制弱酸嗎？強(qiáng)酸制弱酸嗎？141516Na2SiO3+2CO2+2H2O =2NaHCO3+H2SiO3 強(qiáng)酸制弱酸強(qiáng)酸制弱酸173、用途：、用途：光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子儀器、工藝品光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子儀器、工藝品（水晶、瑪瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建（水晶、瑪瑙

6、）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。筑材料等。污染：硅肺?。ㄎ尾。?，長(zhǎng)期吸入污染：硅肺?。ㄎ尾。?，長(zhǎng)期吸入SiO2粉塵粉塵18紫水晶，瑪瑙，碧玉是含雜質(zhì)的有色石英晶體紫水晶，瑪瑙，碧玉是含雜質(zhì)的有色石英晶體19純石英為無(wú)色晶體，大而透明的棱柱狀石英叫水晶，純石英為無(wú)色晶體，大而透明的棱柱狀石英叫水晶， 20石英玻璃石英玻璃2122碳酸和硅酸碳酸和硅酸 的比較的比較v（1）常見(jiàn)的不穩(wěn)定酸有：）常見(jiàn)的不穩(wěn)定酸有：H2CO3、H2SO3、HClO、HNO3、H2SiO3；v其中其中H2CO3極不穩(wěn)定；極不穩(wěn)定；v光照能加快光照能加快HClO、HNO3的分解，的分解，H2SiO3受熱受熱時(shí)才分解。

7、時(shí)才分解。v（2）常見(jiàn)的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有：）常見(jiàn)的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有：H2S、HClO、H2SiO3、 Al(OH)3 、OH碳酸和硅酸都是不穩(wěn)定的弱酸，碳酸的酸性碳酸和硅酸都是不穩(wěn)定的弱酸，碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，硅酸難溶于水。比硅酸強(qiáng)，硅酸難溶于水。232、硅酸鹽：硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所、硅酸鹽：硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所對(duì)應(yīng)的鹽統(tǒng)稱(chēng)硅酸鹽（約占地殼質(zhì)量的對(duì)應(yīng)的鹽統(tǒng)稱(chēng)硅酸鹽（約占地殼質(zhì)量的 95%） 種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ：活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物 較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物 二氧化硅二氧化硅 水水Al2(Si2O5)(OH)4KAlSi3O

8、xX=8K2OAl2O36SiO2多數(shù)不溶于水，但多數(shù)不溶于水，但Na2SiO3的水溶液俗稱(chēng)的水溶液俗稱(chēng)“水玻璃水玻璃”，無(wú)色粘稠的溶液，是一種礦無(wú)色粘稠的溶液，是一種礦物膠，可用做粘合劑、防腐劑。物膠，可用做粘合劑、防腐劑。Al2O32SiO22H2O24v硅酸根離子硅酸根離子SiO32的檢驗(yàn)的檢驗(yàn)v原理：原理：SiO322H H2 SiO3 或或SiO322H H2O H4SiO4vH2 SiO3 、H4SiO4是白色固體，不溶于水和酸是白色固體，不溶于水和酸（H）。）。v方法：向待檢溶液中加入過(guò)量的稀硝酸，若生方法：向待檢溶液中加入過(guò)量的稀硝酸，若生成白色沉淀，則待檢溶液中有成白色沉淀，

9、則待檢溶液中有SiO32。注意：若用鹽酸代替硝酸，則有注意：若用鹽酸代替硝酸，則有Ag等干擾；等干擾；若用稀硫酸代替硝酸，則有若用稀硫酸代替硝酸，則有Ba2等干擾。等干擾。25鹽酸鹽酸 過(guò)濾、加熱、灼燒過(guò)濾、加熱、灼燒 NaOH溶液溶液 過(guò)濾過(guò)濾NaOH溶液溶液 過(guò)濾過(guò)濾 加熱、灼燒加熱、灼燒 鹽酸鹽酸 過(guò)濾過(guò)濾要除去下表中各粉末狀混合物中的雜質(zhì)（括號(hào)要除去下表中各粉末狀混合物中的雜質(zhì)（括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì)），填寫(xiě)所用試劑和操作：內(nèi)為雜質(zhì)），填寫(xiě)所用試劑和操作： 氧氣氧氣 加熱加熱26練習(xí)：練習(xí)：P78鞏固訓(xùn)練鞏固訓(xùn)練1、2 P 79【典例【典例1】 對(duì)點(diǎn)練習(xí)對(duì)點(diǎn)練習(xí)1 【典例【典例2】對(duì)點(diǎn)練習(xí)】對(duì)點(diǎn)

10、練習(xí)2 隨堂達(dá)標(biāo)隨堂達(dá)標(biāo)1、2、3、42728材料的分類(lèi)和特點(diǎn)材料的分類(lèi)和特點(diǎn) 材料材料無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料金屬材料高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料水泥、玻璃、陶瓷等水泥、玻璃、陶瓷等 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等 Fe、Cu、Al、合金等、合金等 29 概念概念: : 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱(chēng)為硅酸鹽工業(yè)。的工業(yè)稱(chēng)為硅酸鹽工業(yè)。2. 2. 硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)(1)

11、原料：原料： (2)(2)反應(yīng)條件：反應(yīng)條件：(3)(3)反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：(4)(4)生成物：生成物：硅酸鹽工業(yè)硅酸鹽工業(yè)含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品3. 3. 硅酸鹽產(chǎn)品分類(lèi)：硅酸鹽產(chǎn)品分類(lèi)： 水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷30一、水泥：一、水泥：1 1、主要原料：、主要原料：粘土和石灰石粘土和石灰石 2 2、主要設(shè)備：、主要設(shè)備：3 3、生產(chǎn)過(guò)程：、生產(chǎn)過(guò)程：生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石 膏研成粉末得普通硅酸鹽水膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥泥 輔助原料：輔助原料：石膏石膏作用

12、是調(diào)節(jié)水泥硬化速度作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度4 4、反應(yīng)原理：、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 5 5、主要成分：、主要成分：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)等等 6 6、主要性能：、主要性能：水硬性水硬性 7 7、主要用途：、主要用途：建筑、修路。建筑、修路。 水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土水泥砂漿、混凝土、鋼筋混凝土 水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯水泥的標(biāo)號(hào)水泥的標(biāo)號(hào)31水泥回轉(zhuǎn)窯水泥回轉(zhuǎn)窯32二、玻璃二、玻璃1 1、原、原 料：料：純堿、石灰石和石英純堿、石灰石和石英 2 2、主要設(shè)備：、主要設(shè)備：

13、玻璃熔爐玻璃熔爐 3 3、生產(chǎn)過(guò)程：、生產(chǎn)過(guò)程：原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻5、主要成分主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 或?qū)懗苫驅(qū)懗桑∟a2OCaO6SiO2） 6 6、主要性能：、主要性能：玻璃態(tài)玻璃態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定物質(zhì)，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定 溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。 4 4、反應(yīng)原理：、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 高溫高溫 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 高溫高溫33玻璃熔爐玻璃熔爐34種種 類(lèi)類(lèi)特特

14、 性性用用 途途普通玻璃普通玻璃在較高溫度下易軟化在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器；高壓水銀燈、化學(xué)儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)纖維、壓電晶體等纖維、壓電晶體等光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和透光性能好，有折光和色散性色散性眼鏡片；照相機(jī)、顯微眼鏡片；照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡等光學(xué)儀器等光學(xué)儀器玻璃纖維玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲(chóng)蛀聲、防蟲(chóng)蛀太空

15、飛行員的衣服、太空飛行員的衣服、玻璃鋼等玻璃鋼等鋼化玻璃鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材；微波通訊器材運(yùn)動(dòng)器材；微波通訊器材;汽車(chē)、火車(chē)窗玻璃等汽車(chē)、火車(chē)窗玻璃等幾種特種玻璃幾種特種玻璃這些玻璃的這些玻璃的主要成分分主要成分分別是什么？別是什么？有機(jī)玻璃？有機(jī)玻璃？35三、陶瓷三、陶瓷(china)(china)1 1、主要原料：、主要原料：粘土粘土 2 2、傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：、傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻 3 3、反應(yīng)原理：、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 4 4、主要成分：、主

16、要成分：硅酸鹽硅酸鹽 5 5、主要特性：、主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、 易成型等優(yōu)點(diǎn)。易成型等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)在，景德鎮(zhèn)的陶瓷工藝已經(jīng)完全電氣化了，考慮到環(huán)境現(xiàn)在，景德鎮(zhèn)的陶瓷工藝已經(jīng)完全電氣化了，考慮到環(huán)境保護(hù)、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不論是仿古陶保護(hù)、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不論是仿古陶瓷、藝術(shù)瓷類(lèi)，還是日用陶瓷的瓷器都在電腦的控制下用汽窯瓷、藝術(shù)瓷類(lèi)，還是日用陶瓷的瓷器都在電腦的控制下用汽窯燒制而成。燒制而成。36水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較水泥中加入石膏水泥中加入石膏的目的？的目的？37、陶瓷主要種

17、類(lèi)：、陶瓷主要種類(lèi)：土器：磚瓦土器：磚瓦( (自然冷卻，自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多含量較多)( (淋水冷卻，淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多較多)陶器：陶器：彩陶彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：瓷器：碗盤(pán)碗盤(pán)茶具茶具收藏珍品收藏珍品炻器：炻器： 水缸、砂鍋水缸、砂鍋瓷都景德鎮(zhèn)瓷都景德鎮(zhèn)注：注：彩釉彩釉搪瓷不屬于陶瓷搪瓷不屬于陶瓷青瓦青瓦38傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料與新型無(wú)機(jī)非金屬材料的對(duì)比傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料與新型無(wú)機(jī)非金屬材料的對(duì)比材材 料料 特特 性性 種種 類(lèi)類(lèi) 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料 抗腐蝕、耐高溫抗腐蝕、耐高溫 質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊質(zhì)脆、經(jīng)不起

18、熱沖擊 普通水泥、普通水泥、普通玻璃、普通玻璃、黏土質(zhì)陶瓷黏土質(zhì)陶瓷 新型無(wú)機(jī)非新型無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料 耐高溫、強(qiáng)度高耐高溫、強(qiáng)度高 具有電學(xué)特征具有電學(xué)特征 具有光學(xué)特征具有光學(xué)特征 具有生物功能具有生物功能 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 高溫氮化硅陶瓷高溫氮化硅陶瓷 結(jié)構(gòu)碳化硼陶瓷結(jié)構(gòu)碳化硼陶瓷氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 半導(dǎo)體半導(dǎo)體39新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性v1.能承受高溫、強(qiáng)度高。能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高溫下，左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永

19、久性模具等。片、軸承、永久性模具等。40v2.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。絕緣性材料常被用于集成電路的基板。41v3.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維處于高溫下的光導(dǎo)纖維42v4. 具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)人體材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類(lèi)材料制成的人造牙齒、人造內(nèi)，用這類(lèi)材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié)43兩種新型無(wú)機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介兩種新型無(wú)機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介1、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 a.氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 高壓鈉燈高壓鈉燈 高壓鈉燈內(nèi)溫度高達(dá)高壓鈉燈內(nèi)溫度高達(dá)14001400，氧化鋁陶瓷又叫人造剛，氧化鋁陶瓷又叫人造剛玉，是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，可以抵御鈉蒸