《含硅礦物與信息材料》課件（必修1）

1、含硅礦物和信息材料含硅礦物和信息材料單晶硅單晶硅灰黑色、硬而脆，灰黑色、硬而脆，有金屬光澤的固體，有金屬光澤的固體，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，半熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，半導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料硅芯片是各種計算機(jī)及電子產(chǎn)品的核心硅芯片是各種計算機(jī)及電子產(chǎn)品的核心太陽能電池太陽能電池一、硅的化學(xué)性質(zhì)一、硅的化學(xué)性質(zhì)常溫下常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（不與硫酸、鹽酸、硝化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（不與硫酸、鹽酸、硝酸等反應(yīng)）只與堿、氟化氫、氟氣反應(yīng)酸等反應(yīng)）只與堿、氟化氫、氟氣反應(yīng)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4 +2H2 Si+2Cl2 = SiCl4Si+O2 = SiO2 Si+2H

2、2 = SiH4(不穩(wěn)定不穩(wěn)定)二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸 二氧化硅結(jié)構(gòu)二氧化硅結(jié)構(gòu)SiO2+H2O與與堿性氧化物堿性氧化物反反應(yīng)應(yīng)與水反應(yīng)與水反應(yīng) 與與HF的反應(yīng)的反應(yīng)：與與強(qiáng)堿強(qiáng)堿反應(yīng)：反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4+2H2O高溫高溫SiO2+CaO = CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O1 1、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)、二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)制制粗硅粗硅SiO2+2C = Si+2CO（粗硅）（粗硅）（弱氧化性）（弱氧化性）高溫高溫2、硅酸（、硅酸（H2SiO3）不溶于水酸性比酸還弱。不溶于水酸性比酸還弱。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +NaClNa2S

3、iO3+ CO2+H2O=H2SiO3 +Na2CO3酸性：酸性： H2CO3 H2SiO3 硅酸易形成膠體溶液，濃度較大時，則形成硅硅酸易形成膠體溶液，濃度較大時，則形成硅酸凝膠，再經(jīng)脫水，形成硅酸干膠，稱為酸凝膠，再經(jīng)脫水，形成硅酸干膠，稱為“硅硅膠膠”。硅膠是常用的干燥劑及催化劑的載體。硅膠是常用的干燥劑及催化劑的載體 鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)C下列變化中不能一步實(shí)現(xiàn)的是下列變化中不能一步實(shí)現(xiàn)的是A、Na2SiO3 H2SiO3B、H2SiO3 SiO2C、SiO2 H2SiO3D、 SiO2 Na2SiO3 三、硅酸鹽三、硅酸鹽 Na2SiO3K(Al2Si3O10)(OH)2 K2O2Al2

4、O36SiO22H2ONa2OSiO2要領(lǐng)：要領(lǐng)：兩邊原子個數(shù)守恒兩邊原子個數(shù)守恒，格式：活潑金屬氧化物格式：活潑金屬氧化物 較活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物 SiO2H2O結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 種類繁多用種類繁多用二氧化硅和金屬氧化物的二氧化硅和金屬氧化物的形式形式表示其組成表示其組成如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽如何用氧化物的形式表示下列硅酸鹽石棉：石棉：CaMg3Si4O12長石：長石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃： CaNa2Si6O143MgOCaO4SiO2K2OAl2O36SiO2 Na2O CaO6SiO2鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)現(xiàn)代建筑離不開玻現(xiàn)代建筑離不開玻璃的裝飾和采光璃的裝

5、飾和采光雄偉的古建筑離不開陶瓷磚瓦雄偉的古建筑離不開陶瓷磚瓦世界第一大壩世界第一大壩長江三峽大壩使用長江三峽大壩使用水泥將達(dá)水泥將達(dá)1二、玻璃二、玻璃純堿、石灰石、石英純堿、石灰石、石英設(shè)備：設(shè)備：普通玻璃、有色玻璃（如，藍(lán)玻璃、紅玻普通玻璃、有色玻璃（如，藍(lán)玻璃、紅玻璃）、石英玻璃、光學(xué)玻璃、鋼化玻璃。璃）、石英玻璃、光學(xué)玻璃、鋼化玻璃。原料：原料：玻璃窯或玻璃熔爐玻璃窯或玻璃熔爐原理：原理：NaNa2 2COCO3 3SiOSiO2 2 = Na= Na2 2SiOSiO3 3COCO2 2高溫高溫CaCOCaCO3 3SiOSiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3COCO2 2高溫高溫

6、種類：種類：性質(zhì)：性質(zhì)：在一定溫度范圍內(nèi)軟化在一定溫度范圍內(nèi)軟化成分：成分：SiOSiO2 2 、NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近的軟化點(diǎn)，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到。后加熱到接近的軟化點(diǎn)，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到。鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應(yīng)力，而內(nèi)部則形成張鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應(yīng)力，而內(nèi)部則形成張應(yīng)力，使玻璃的抗彎和抗沖擊強(qiáng)度得以提高，其強(qiáng)度約應(yīng)力，使玻璃的抗彎和抗沖擊強(qiáng)度得以提高，其強(qiáng)度約是普通退火玻璃的四倍以上。鋼化玻璃破碎后，碎片成是普通退火

7、玻璃的四倍以上。鋼化玻璃破碎后，碎片成均勻的小顆粒并且沒有刀狀的尖角，國家標(biāo)準(zhǔn)要求鋼化均勻的小顆粒并且沒有刀狀的尖角，國家標(biāo)準(zhǔn)要求鋼化玻璃的破碎后在任意玻璃的破碎后在任意50*50mm內(nèi)的碎片應(yīng)大于內(nèi)的碎片應(yīng)大于40粒。粒。因此，使用起來具有一定的安全性。因此，使用起來具有一定的安全性。 古埃及玻璃制品戰(zhàn)國中晚期玻璃璧滿城漢玻璃耳杯廣西貴縣出土的玻璃杯隋李靜訓(xùn)墓出土的玻璃圓盒 魏晉南北朝的玻璃缽網(wǎng)紋玻璃杯河北定縣靜志寺出土的 北宋玻璃杯 目前發(fā)現(xiàn)的最大的元代玻璃器清乾隆白地套紅玻璃雙合瓶南方玻璃隕石tektite硅酸鹽產(chǎn)品簡介：硅酸鹽產(chǎn)品簡介：產(chǎn)品產(chǎn)品主要原料主要原料主要設(shè)備主要設(shè)備反應(yīng)反應(yīng)條

8、件條件主要反應(yīng)或主要成分主要反應(yīng)或主要成分主要主要性質(zhì)性質(zhì)水泥水泥粘土、石粘土、石灰石、灰石、(石膏石膏)適適量量水泥回轉(zhuǎn)水泥回轉(zhuǎn)窯窯高溫高溫硅酸三鈣：硅酸三鈣：3CaOSiO2硅酸二鈣：硅酸二鈣：2CaOSiO2鋁酸三鈣：鋁酸三鈣：3CaOAl2O3水硬水硬性性玻璃玻璃 純純 堿堿石灰石石灰石石石 英英 玻璃窯玻璃窯高溫高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2成分：成分：Na2SiO3 、CaSiO3 、SiO2 無無固定固定的熔的熔點(diǎn)、點(diǎn)、沸點(diǎn)沸點(diǎn)高溫高溫高溫高溫新型陶瓷新型陶瓷人造骨人造骨即耐高溫又耐低溫的硅橡膠制品即耐高溫又耐低溫的硅

9、橡膠制品 結(jié)構(gòu)陶瓷：結(jié)構(gòu)陶瓷：主要是指發(fā)揮其機(jī)械、熱、化學(xué)等性能的一主要是指發(fā)揮其機(jī)械、熱、化學(xué)等性能的一大類新型陶瓷材料，它可以在許多苛刻的工作環(huán)境下服役，大類新型陶瓷材料，它可以在許多苛刻的工作環(huán)境下服役，因而成為許多新興科學(xué)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因而成為許多新興科學(xué)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。 在空間技在空間技術(shù)領(lǐng)域，制造宇宙飛船需要能承受高溫和溫度急變、強(qiáng)度術(shù)領(lǐng)域，制造宇宙飛船需要能承受高溫和溫度急變、強(qiáng)度高、重量輕且長壽的結(jié)構(gòu)材料和防護(hù)材料，在這方面，結(jié)高、重量輕且長壽的結(jié)構(gòu)材料和防護(hù)材料，在這方面，結(jié)構(gòu)陶瓷占有絕對優(yōu)勢。從第一艘宇宙飛船即開始使用高溫構(gòu)陶瓷占有絕對優(yōu)勢。從第一艘宇宙飛船即開始

10、使用高溫與低溫的隔熱瓦，碳與低溫的隔熱瓦，碳-石英復(fù)合燒蝕材料已成功地應(yīng)用于石英復(fù)合燒蝕材料已成功地應(yīng)用于發(fā)射和回收人造地球衛(wèi)星。發(fā)射和回收人造地球衛(wèi)星。壓電陶瓷：壓電陶瓷：你聽說過會說話、會唱歌的陶瓷嗎？會偵察你聽說過會說話、會唱歌的陶瓷嗎？會偵察、會指揮、能診斷、能生電的陶瓷嗎？這就是壓電陶瓷，、會指揮、能診斷、能生電的陶瓷嗎？這就是壓電陶瓷，屬于現(xiàn)代功能陶瓷。神奇的壓電陶瓷屬于現(xiàn)代功能陶瓷。神奇的壓電陶瓷-海中海中“雷達(dá)雷達(dá)”偵察偵察兵：雷達(dá)是用無線電原理對空中目標(biāo)搜索、定位、導(dǎo)向的兵：雷達(dá)是用無線電原理對空中目標(biāo)搜索、定位、導(dǎo)向的通訊工具，而在水中不能發(fā)揮作用。用壓電陶瓷制成的聲通訊工

11、具，而在水中不能發(fā)揮作用。用壓電陶瓷制成的聲納系統(tǒng)可在水中起到同樣的作用。納系統(tǒng)可在水中起到同樣的作用。透明陶瓷：透明陶瓷：陶瓷一般是不透光的，由于陶瓷的不透光，使陶瓷的陶瓷一般是不透光的，由于陶瓷的不透光，使陶瓷的用途受到很多的限制?？茖W(xué)家經(jīng)過長時間悉心研究后用途受到很多的限制。科學(xué)家經(jīng)過長時間悉心研究后，終于在，終于在1957年制成了世界上第一片透光陶瓷。透光年制成了世界上第一片透光陶瓷。透光陶瓷有著廣泛的用途。當(dāng)透光陶瓷問世后，使高壓鈉陶瓷有著廣泛的用途。當(dāng)透光陶瓷問世后，使高壓鈉燈的研制成功。高壓鈉燈是一種發(fā)光效率很高的電光燈的研制成功。高壓鈉燈是一種發(fā)光效率很高的電光源，在同樣功率下

12、一盞高壓鈉燈能頂兩盞高壓汞燈，源，在同樣功率下一盞高壓鈉燈能頂兩盞高壓汞燈，且光線柔和、銀白，在高壓鈉燈下看物體不但清楚，且光線柔和、銀白，在高壓鈉燈下看物體不但清楚，且不刺眼。另外高壓鈉燈還具有特殊的本領(lǐng)，光線能且不刺眼。另外高壓鈉燈還具有特殊的本領(lǐng)，光線能透過濃霧不被散射，作為道路、汽車、廣場的用燈特透過濃霧不被散射，作為道路、汽車、廣場的用燈特別合適。別合適。透明氧化鋁陶瓷透明氧化鋁陶瓷超導(dǎo)陶瓷：超導(dǎo)陶瓷： 1973年，人們發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)合金年，人們發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)合金鈮鍺合金，其臨界超鈮鍺合金，其臨界超導(dǎo)溫度為導(dǎo)溫度為23.2K，該記錄保持了，該記錄保持了13年。年。1986年，設(shè)在瑞士年，設(shè)在

13、瑞士蘇黎士的美國蘇黎士的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭鋇銅氧）具有鋇銅氧）具有35K的高溫超導(dǎo)性，打破了傳統(tǒng)的高溫超導(dǎo)性，打破了傳統(tǒng)“氧氧化物陶瓷是絕緣體化物陶瓷是絕緣體”的觀念，引起世界科學(xué)界的轟動。此的觀念，引起世界科學(xué)界的轟動。此后，科學(xué)家們爭分奪秒地攻關(guān)，幾乎每隔幾天，就有新的后，科學(xué)家們爭分奪秒地攻關(guān)，幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現(xiàn)。研究成果出現(xiàn)。1987年年2月，美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武和中月，美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武和中國科學(xué)家趙忠賢相繼在釔鋇銅氧系材料上把臨界超國科學(xué)家趙忠賢相繼在釔鋇銅氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到導(dǎo)溫度提高到90K

14、以上，液氮的禁區(qū)（以上，液氮的禁區(qū)（77K）也奇跡般地）也奇跡般地被突破了。被突破了。1987年底，鉈鋇鈣銅氧系材料又把臨年底，鉈鋇鈣銅氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到界超導(dǎo)溫度的記錄提高到125K。從。從19861987年的短短年的短短一年多的時間里，臨界超導(dǎo)溫度竟然提高了一年多的時間里，臨界超導(dǎo)溫度竟然提高了100K以上，以上，這在材料發(fā)展史，乃至科技發(fā)展史上都堪稱是一大奇跡！這在材料發(fā)展史，乃至科技發(fā)展史上都堪稱是一大奇跡！生物陶瓷：生物陶瓷：生物陶瓷指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。生生物陶瓷指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。生物陶瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)物陶

15、瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。前者植入體內(nèi)以恢復(fù)和增強(qiáng)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。前者植入體內(nèi)以恢復(fù)和增強(qiáng)生物體的機(jī)能，是直接與生物體接觸使用的生物陶瓷。生物體的機(jī)能，是直接與生物體接觸使用的生物陶瓷。后者用于固定酶、分離細(xì)菌和病毒以及作為生物化學(xué)后者用于固定酶、分離細(xì)菌和病毒以及作為生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，是使用時不直接與生物體接觸的生物反應(yīng)的催化劑，是使用時不直接與生物體接觸的生物陶瓷。陶瓷。生生 物物 陶陶 瓷瓷 應(yīng)應(yīng) 用用1、在碳族元素中、在碳族元素中 最高價氧化物的水化物中酸性最強(qiáng)的是（最高價氧化物的水化物中酸性最強(qiáng)的是（ ） 密度最大的金屬是（密度最大的金

16、屬是（ ）其穩(wěn)定的價態(tài)是（）其穩(wěn)定的價態(tài)是（ ） 硬度最大的是（硬度最大的是（ ）2、試寫出三個能產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)（不能用金屬），、試寫出三個能產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)（不能用金屬）， 并用雙線橋分析。并用雙線橋分析。3、石墨炸彈爆炸時，在方圓幾百米范圍內(nèi)撒下、石墨炸彈爆炸時，在方圓幾百米范圍內(nèi)撒下大量石墨纖維，造成輸電線、電廠設(shè)備損壞，這大量石墨纖維，造成輸電線、電廠設(shè)備損壞，這是由于石墨能（是由于石墨能（ ） 4、寫出以、寫出以SiO2為原料制取硅酸的離子反應(yīng)方程式為原料制取硅酸的離子反應(yīng)方程式5、 試用一種試劑可以區(qū)分碳酸鈉、碳酸氫鈉、硝酸試用一種試劑可以區(qū)分碳酸鈉、碳酸氫鈉、硝酸鈉和硅酸鈉四種溶液，寫出有關(guān)的離子方程式鈉和硅酸鈉四種溶液，寫出有關(guān)的離子方程式 。6、設(shè)計一個實(shí)驗用一種試劑證明生石灰中有石英和、設(shè)計一個實(shí)驗用一種