魯科高中化學(xué)必修一硅無(wú)機(jī)非金屬研究PPT課件

1、一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料1半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 特指導(dǎo)電能力介于特指導(dǎo)電能力介于 和和 之間的一類材之間的一類材料，最早使用的半導(dǎo)體材料是料，最早使用的半導(dǎo)體材料是 ，現(xiàn)在使用最廣泛，現(xiàn)在使用最廣泛的半導(dǎo)體材料是的半導(dǎo)體材料是 。2硅的存在硅的存在 在地殼里，硅的含量?jī)H次于在地殼里，硅的含量?jī)H次于 ，全部以，全部以 態(tài)存態(tài)存在，主要存在形式為二氧化硅和在，主要存在形式為二氧化硅和 。硅單質(zhì)存。硅單質(zhì)存在同素異形體是在同素異形體是 和和 。導(dǎo)體絕緣體鍺硅硅酸鹽氧化合晶體硅無(wú)定形硅第1頁(yè)/共29頁(yè)3單質(zhì)硅單質(zhì)硅(1)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：顏色顏色光澤光澤熔點(diǎn)熔點(diǎn)質(zhì)地質(zhì)地導(dǎo)電性導(dǎo)電

2、性 色色 光澤光澤 灰黑金屬很高硬而脆 介于導(dǎo)體和介于導(dǎo)體和絕緣體之間絕緣體之間第2頁(yè)/共29頁(yè)(2)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應(yīng)，但能與F2、HF和強(qiáng)堿反應(yīng)。例如：在加熱條件下能與某些非金屬單質(zhì)（O2、Cl2）反應(yīng)。例如：Si + 2Cl2 = SiCl4第3頁(yè)/共29頁(yè)(3)硅的工業(yè)制法硅的工業(yè)制法原料：原理：制粗硅（用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅）：SiO2 +2C = Si + 2CO高溫制高純硅（在高溫下讓粗硅（Si）與氯氣（Cl2）反應(yīng)，其產(chǎn)物在高溫下被氫氣（H2）還原而得到較純的硅）：Si +

3、 2Cl2 = SiCl4高溫高溫SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl高溫高溫（高純硅）（高純硅）二氧化硅、二氧化硅、 焦炭焦炭(4) 硅的用途硅的用途硅可用來(lái)制造晶體管、集成電路、硅整流器、太陽(yáng)能電池等。第4頁(yè)/共29頁(yè)二、二氧化硅和光導(dǎo)纖維二、二氧化硅和光導(dǎo)纖維1二氧化硅二氧化硅 (1)存在：二氧化硅廣泛存在于自然界中，是存在：二氧化硅廣泛存在于自然界中，是_的主要成分。純凈的二氧化硅又稱的主要成分。純凈的二氧化硅又稱 。沙子、石英水晶第5頁(yè)/共29頁(yè)第6頁(yè)/共29頁(yè)(2)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：狀態(tài)狀態(tài)顏色顏色熔點(diǎn)熔點(diǎn)硬度硬度水溶性水溶性晶體晶體 溶溶無(wú)色高大難第7頁(yè)/共29頁(yè)(3

4、)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：具有酸性氧化物的通性具有酸性氧化物的通性：a常溫下常溫下SiO2與與 NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水：溶液反應(yīng)生成鹽和水：SiO22NaOH= 。b高溫下高溫下SiO2與堿性氧化物與堿性氧化物(如如 CaO)反應(yīng)生成鹽：反應(yīng)生成鹽：SiO2 CaO 。c. 不和水反應(yīng)不和水反應(yīng) Na2SiO3H2OCaSiO3第8頁(yè)/共29頁(yè) 弱氧化性：弱氧化性：高溫下與高溫下與C反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2 2C 。 特性：特性：與氫氟酸與氫氟酸(HF)反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2 4HF= 。SiF42H2OSi2CO（此反應(yīng)常用來(lái)刻蝕玻璃）第9頁(yè)/共29頁(yè)2光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(1)主要成分：主要成分：S

5、iO2。 (2)用途：用于用途：用于 、能量傳輸、能量傳輸、 處理等，處理等，光纖的使用節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力，且提高光纖的使用節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力，且提高了信號(hào)傳輸效率。了信號(hào)傳輸效率。 通迅信息(4)二氧化硅的用途二氧化硅的用途 制光導(dǎo)纖維制光導(dǎo)纖維 、石英玻璃、石英玻璃 、石英時(shí)鐘等；制造電子工、石英時(shí)鐘等；制造電子工業(yè)中的重要部件、光學(xué)儀器、高級(jí)工藝品、眼鏡片、業(yè)中的重要部件、光學(xué)儀器、高級(jí)工藝品、眼鏡片、精密儀器、軸承、耐磨器皿等；制作裝飾品。精密儀器、軸承、耐磨器皿等；制作裝飾品。第10頁(yè)/共29頁(yè)三、硅酸鹽和無(wú)機(jī)非金屬材料三、硅酸鹽和無(wú)機(jī)非金屬材料1硅酸鹽硅酸鹽(1

6、)性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì)性質(zhì)：硅酸鹽性質(zhì) ，熔點(diǎn)，熔點(diǎn) ，大都，大都 溶于水。溶于水。(2)硅酸鹽的表示方法硅酸鹽的表示方法穩(wěn)定較高難第11頁(yè)/共29頁(yè)(1)化學(xué)式法：化學(xué)式法： 如硅酸鈉如硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣、硅酸鈣(CaSiO3)等。此法一般用等。此法一般用于組成比較簡(jiǎn)單的硅酸鹽。于組成比較簡(jiǎn)單的硅酸鹽。 (2)氧化物法：氧化物法： 硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，多以氧化物形式硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，多以氧化物形式來(lái)表示它的組成，通式為來(lái)表示它的組成，通式為aMxOybSiO2cH2O。第12頁(yè)/共29頁(yè) 當(dāng)金屬不止一種時(shí)，氧化物的書(shū)寫(xiě)順序：當(dāng)金屬不止一種時(shí)，氧化物的書(shū)寫(xiě)順

7、序：活潑金屬氧活潑金屬氧化物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。 氧化物化學(xué)式之間用氧化物化學(xué)式之間用“”隔開(kāi)，化學(xué)式前的系數(shù)只能取隔開(kāi)，化學(xué)式前的系數(shù)只能取整數(shù)，且只代表該氧化物本身。整數(shù)，且只代表該氧化物本身。 氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素盡量氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素盡量按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。例如：硅酸鈉：例如：硅酸鈉：Na2SiO3石棉：石棉：Mg3Ca(SiO3)4Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2第13頁(yè)/共29頁(yè)2硅酸鈉硅酸鈉（Na2SiO3） (1)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：可

8、溶于水可溶于水，水溶液俗稱水溶液俗稱“水玻璃水玻璃”?！八ＫＡЯА本哂泻軓?qiáng)的具有很強(qiáng)的黏合性黏合性，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。 (2)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 與強(qiáng)酸反應(yīng)：與強(qiáng)酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 與與CO2反應(yīng)：反應(yīng)： Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3第14頁(yè)/共29頁(yè)3硅酸（硅酸（H2SiO3）(1)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：不溶于水的白色膠狀沉淀不溶于水的白色膠狀沉淀，酸性比碳酸還弱酸性比碳酸還弱(2)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 不穩(wěn)定性：不穩(wěn)定性： 與強(qiáng)堿反應(yīng)：與強(qiáng)堿反應(yīng)：制備：制備：H2SiO3 = SiO2 + H

9、2OH2SiO3 + NaOH = Na2SiO3 + H2ONa2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3第15頁(yè)/共29頁(yè)4無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 (1)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品。高溫高溫CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2= Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高溫高溫普通玻璃的主要成分普通玻璃的主要成分：硅酸鈉，硅酸鈣，二氧化硅硅酸鈉，硅酸鈣，二氧化硅性質(zhì)性質(zhì)：非晶體，透明、無(wú)固定熔點(diǎn)，可在一定非晶體，透明、無(wú)固

10、定熔點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)軟化溫度范圍內(nèi)軟化玻璃玻璃原料原料：純堿純堿 石灰石石灰石 石英石英設(shè)備：玻璃熔爐設(shè)備：玻璃熔爐反應(yīng)條件反應(yīng)條件：高溫高溫反應(yīng)原理反應(yīng)原理：第16頁(yè)/共29頁(yè)有色玻璃有色玻璃: :在玻璃中添加有色氧化物在玻璃中添加有色氧化物如如: :藍(lán)色藍(lán)色 氧化鈷氧化鈷(Co(Co2 2O O3 3) ) 紅色紅色 氧化亞銅氧化亞銅(Cu(Cu2 2O)O)第17頁(yè)/共29頁(yè)鋼化玻璃:普通玻璃加熱熔化急速冷卻，強(qiáng)度為普通玻璃4-6倍，不易破碎，即使破碎了，碎塊也沒(méi)有尖銳是棱角。第18頁(yè)/共29頁(yè)原料：黏土，石灰石設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)條件：高溫反應(yīng)原理：高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化

11、高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分： 2CaOSiO2 硅酸二鈣 3CaOSiO2 硅酸三鈣 3CaOAl2O3 鋁酸三鈣水泥水泥性質(zhì)：水硬性性質(zhì)：水硬性 (與水摻和攪拌后凝固變硬與水摻和攪拌后凝固變硬)第19頁(yè)/共29頁(yè)名名稱稱水泥水泥砂漿砂漿原原料料水泥水泥沙子沙子 水水用用途途建筑建筑粘合劑粘合劑混凝土混凝土水泥水泥 沙子沙子碎石碎石 建造廠房建造廠房鋼筋鋼筋混凝土混凝土鋼筋鋼筋混凝土混凝土建造高樓建造高樓橋梁橋梁 水壩水壩幾種常見(jiàn)的水泥制品第20頁(yè)/共29頁(yè)原料：黏土原料：黏土條件：高溫條件：高溫反應(yīng)原理：高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化反應(yīng)原理：高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化成分：

12、硅酸鹽成分：硅酸鹽性質(zhì)：性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣陶瓷陶瓷第21頁(yè)/共29頁(yè)描述景德鎮(zhèn)陶瓷描述景德鎮(zhèn)陶瓷有這樣一句話：有這樣一句話：薄如紙，薄如紙，聲如磬，聲如磬，色如玉。色如玉。青花瓷第22頁(yè)/共29頁(yè)第23頁(yè)/共29頁(yè)第24頁(yè)/共29頁(yè)類別示例特性用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷_硬度極高，耐磨損，耐高溫，抗腐蝕，抗氧化能力強(qiáng)，電絕緣性好汽輪機(jī)葉片、汽輪機(jī)葉片、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、永久性部件、永久性模具模具_(dá)硬度僅次于金剛石，耐高溫，且在室溫下能導(dǎo)電電熱元件碳化硅陶瓷 氮化硅陶瓷 (2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料第25頁(yè)/共29頁(yè)類別示例特性

13、用途生物陶瓷_；_強(qiáng)度高，耐磨，無(wú)毒，不溶于水，對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植于人體人造_、人造_壓電陶瓷鈦酸鋇陶瓷；鈦酸鉛陶瓷可將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成信號(hào)聲吶系統(tǒng)、氣象檢測(cè)、遙控環(huán)境保護(hù)、家用電器、壓電地震儀氧化鋁陶瓷氧化鋯陶瓷牙齒骨骼安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打就產(chǎn)生電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。第26頁(yè)/共29頁(yè)氧化鋁（氧化鋁（ Al2O3）陶瓷）陶瓷（人造剛玉）（人造剛玉）主要主要特性特性高熔點(diǎn)；高硬度；可制成透明高熔點(diǎn)；高硬度；可制成透明陶瓷；無(wú)毒、不溶于水，強(qiáng)度高；陶瓷；無(wú)毒、不溶于水，強(qiáng)度高；對(duì)人體有較好的適應(yīng)性對(duì)人體有較好的適應(yīng)性 主要主要用途用途高級(jí)耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉高級(jí)耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關(guān)節(jié)等