化學(xué)高一年級《硅無機(jī)非金屬材料》課件趙少磊

1、硅谷硅谷 silicon valleysilicon valley“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計算機(jī)工業(yè)是美國電子和計算機(jī)工業(yè)中中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣心，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克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長4848公里，寬公里，寬1616公里公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界的長條形地帶上。由于它集中了全世界9090以上的著名以上的著名半導(dǎo)體公司，半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片而半導(dǎo)體的基本元件是硅片。氧氧48.6%硅硅26.3%鋁鋁7.73%鐵鐵4.75%鈣鈣3.45%鈉鈉2.7

2、4%鉀鉀2.47%鎂鎂2.00%氫氫0.16%其他其他1.20%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.硅元素在自然界中全部以硅元素在自然界中全部以 態(tài)存態(tài)存 在，硅元素在地殼中的含量居第在，硅元素在地殼中的含量居第 位位僅次于僅次于 。2.最早使用的半導(dǎo)體材料最早使用的半導(dǎo)體材料 ，現(xiàn)在，現(xiàn)在 最廣泛使用的半導(dǎo)體材料最廣泛使用的半導(dǎo)體材料 ?；匣湘N鍺硅硅二二氧氧硅單質(zhì)的性質(zhì)硅單質(zhì)的性質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)和

3、沸點(diǎn)都很高，硬度大。和沸點(diǎn)都很高，硬度大。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。物理性質(zhì)物理性質(zhì)半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料由下列結(jié)構(gòu)示意圖你能得到什么結(jié)論？由下列結(jié)構(gòu)示意圖你能得到什么結(jié)論？2 2、硅與碳結(jié)構(gòu)相似，因而性質(zhì)相似、硅與碳結(jié)構(gòu)相似，因而性質(zhì)相似2 8 4 2 4+14+6Si C1 1、硅與碳的原子結(jié)構(gòu)相似，最外層均有、硅與碳的原子結(jié)構(gòu)相似，最外層均有4 4個電子個電子3 3、硅硅與與碳碳既不易失去電子，也不易得到電子，既不易失去電子，也不易得到電子， 主要形成四價化合物主要形成四價化合物碳是構(gòu)成有機(jī)碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素物的主要元素硅是構(gòu)成巖石和許硅是構(gòu)成巖石和許多

4、礦物的主要元素多礦物的主要元素分組討論：分組討論： 硅屬于哪類物質(zhì)？這類物質(zhì)都具有那些化學(xué)性質(zhì)？請大膽猜想硅可能具有那些化學(xué)性質(zhì)？（1）常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 例如，常溫下，不易與例如，常溫下，不易與H2、O2、Cl2、 硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應(yīng)硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應(yīng)（2）常溫下只與堿、氫氟酸、氟氣）常溫下只與堿、氫氟酸、氟氣 反應(yīng)反應(yīng)4.硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì) Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+4HF=SiF4 +2H2 Si+2F2=SiF4 （3）加熱，）加熱，Si能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（燃燒，放出大量的熱）（燃燒，

5、放出大量的熱）Si+O2=SiO2 Si+2Cl2=SiCl4高溫高溫 （4）加熱，）加熱，Si能與某些金屬單質(zhì)反應(yīng)能與某些金屬單質(zhì)反應(yīng)5.硅的制備硅的制備SiO2 +2 C=Si+2CO （粗硅）（粗硅）高溫高溫提提 純：純：Si+2Cl2=SiCl4高溫高溫SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫高溫（高純硅）（高純硅）SiO2 +3 C=SiC+2CO （金剛砂）（金剛砂）高溫高溫5、硅的用途、硅的用途制制集成電路、晶體管、硅整流器集成電路、晶體管、硅整流器等等 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料含硅含硅4%的鋼可制的鋼可制變壓器鐵芯變壓器鐵芯含硅含硅15%的鋼具有耐酸性，制的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)耐酸

6、設(shè) 備備硅芯片；硅芯片；半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1.自然界中存在自然界中存在石英巖石英巖水晶水晶瑪瑙瑪瑙沙子沙子（一）、二氧化硅（一）、二氧化硅(SiO(SiO2 2) ) 石英晶體是結(jié)晶的石英晶體是結(jié)晶的SiOSiO2 2，無色透明的無色透明的叫做水晶叫做水晶，具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹木哂胁噬h(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇Ы鞋旇Ф趸瓒趸?天然硅石天然硅石)結(jié)晶形結(jié)晶形無定形無定形瑪瑙瑪瑙水晶水晶瑪瑙瑪瑙水晶水晶3.SiO2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)性質(zhì)很穩(wěn)定性質(zhì)很穩(wěn)定 物理性物理性質(zhì)質(zhì):_化學(xué)穩(wěn)定化學(xué)穩(wěn)定性性:_硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水很穩(wěn)定很

7、穩(wěn)定 根據(jù)根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，請你分析以的存在和應(yīng)用，請你分析以下問題：下問題： SiO2具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？ SiO2這這些性質(zhì)是由什么決定的？些性質(zhì)是由什么決定的？分組討論： （1） 二氧化硅屬于哪類物質(zhì)？ （2）這類物質(zhì)都有那些化學(xué)性質(zhì)？ （3）二氧化硅可以和那些物質(zhì)反 應(yīng)？討論：已知二氧化硅是一種酸性氧討論：已知二氧化硅是一種酸性氧化物，其中硅的化合價為化物，其中硅的化合價為4 4價，請你預(yù)價，請你預(yù)測二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。測二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。(2) (2) 價態(tài)：價態(tài)：中中Si顯顯+4價為最高價價為

8、最高價3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)SiO2CO2水水CO2+H2O=H2CO3堿堿CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O堿性堿性氧化物氧化物CO2+CaO =CaCO3酸性氧化物酸性氧化物高溫高溫不反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2OSiO2+CaO =CaSiO33.二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（1）酸性氧化物的通性）酸性氧化物的通性 與與強(qiáng)堿強(qiáng)堿反應(yīng)反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O結(jié)論結(jié)論：盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，可用橡膠塞?？捎孟鹉z塞。與某些與某些鹽鹽反應(yīng)反應(yīng)CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高

9、溫高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫高溫與與堿性氧化物堿性氧化物反應(yīng)反應(yīng)SiO2+CaO=CaSiO3高溫高溫二氧化硅的注意點(diǎn)：二氧化硅的注意點(diǎn)：不不與與水水反應(yīng)反應(yīng)（如何制取硅酸？）（如何制取硅酸？） SiO2+H2OH2SiO3特性：特性：與與氫氟酸氫氟酸反應(yīng)反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O用途用途：刻蝕玻璃花紋刻蝕玻璃花紋結(jié)論：結(jié)論： 氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝，氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝，而盛在塑料瓶。而盛在塑料瓶。 玻璃中的玻璃中的SiOSiO2 2 與與NaOH NaOH 反應(yīng)反應(yīng)生成有粘膠性的硅酸鈉生成有粘膠性的硅酸鈉學(xué)以致用學(xué)以致用 答：答：HFHF能腐蝕玻

10、璃，因此，盛裝氫氟酸不能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。 （3 3）某同學(xué)根據(jù)）某同學(xué)根據(jù)氫氟氫氟酸反應(yīng)酸反應(yīng), ,推斷推斷 （1 1）為什么在實驗室中盛放為什么在實驗室中盛放NaOHNaOH 溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ （2 2）實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？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(yīng)生成鹽和水錯誤。兩性氧化物與酸、堿反應(yīng)生成鹽和水2 、用途：制光導(dǎo)纖維、電子工業(yè)重要部件、光、用途：制光導(dǎo)纖維、電子工業(yè)重要部件、光學(xué)儀器、耐高溫化學(xué)儀器、利用石英晶體制造學(xué)儀器

11、、耐高溫化學(xué)儀器、利用石英晶體制造石英電子表、石英鐘等。石英電子表、石英鐘等?，F(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論反應(yīng)式反應(yīng)式 （二）、硅酸（二）、硅酸 ( ( H H2 2SiOSiO3 3 ) )4-1 試管中加入試管中加入2 2L NaL Na2 2SiOSiO3 3飽和溶液，滴入飽和溶液，滴入1 1滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸，邊滴邊振蕩，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：至紅色變淺并接近消失停止，觀察現(xiàn)象。并填寫下表：1 1、制備、制備白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)酸性比碳酸弱酸性比碳酸弱H2SiO3 =

12、SiO2 + 2H2O強(qiáng)酸制弱酸原理（酸性強(qiáng)酸制弱酸原理（酸性HClHHClH2 2COCO3 3）H2SiO3 + 2NaOH =Na2SiO3 +2H2O 硅酸的酸性比鹽酸弱，那么硅酸酸性與碳酸相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(shè)計一個實驗論證你的推斷。比較如何呢？請你設(shè)計一個實驗論證你的推斷。實驗探究實驗探究實驗：實驗：將將COCO2 2通入通入NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中溶液中現(xiàn)象：現(xiàn)象：透明的硅酸凝膠生成透明的硅酸凝膠生成方程式：方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3 + Na2CO3 結(jié)論：結(jié)論：硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱硅酸

13、是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱4.二氧化硅的用途二氧化硅的用途注意：注意：硅和二氧化硅的用途易混淆硅和二氧化硅的用途易混淆制造制造光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 和石英表中的和石英表中的壓電材料壓電材料水晶：制造水晶：制造電子部件電子部件和和光學(xué)儀器光學(xué)儀器二、硅酸鹽二、硅酸鹽硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱?？偡Q。結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般不溶于水一般不溶于水化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定硅酸鈉硅酸鈉（Na2SiO3),其水溶液俗稱其水溶液俗稱水玻璃水玻璃硅酸鹽表示方法：硅酸鹽表示方法：硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶和計

14、算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成原則：金屬氧化物（較活潑原則：金屬氧化物（較活潑 較不活較不活 潑潑 ）非金屬氧化物非金屬氧化物方法：方法：1 1、找組成元素、找組成元素 2 2、寫成氧化物的形式、寫成氧化物的形式 3 3、原子個數(shù)比不變、原子個數(shù)比不變 4 4、檢查有無遺漏、檢查有無遺漏請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（硅酸鈉（Na2SiO3） 鎂橄欖石（鎂橄欖石（Mg2SiO4） 高嶺土高嶺土 Al2(Si2O5)(OH)4 實驗4-2放入蒸餾水放入蒸餾水放入放入Na2SiO3飽和溶液飽和溶液現(xiàn)象

15、現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論當(dāng)水分蒸發(fā)后當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒燃燒用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火制備木材防火劑制備木材防火劑的原料的原料硅酸鹽的豐富性和多樣性陶瓷陶瓷日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具玻璃玻璃普通玻璃普通玻璃: Na2OCaO6SiO21、主要原料主要原料：純堿、石灰石和石英。：純堿、石灰石和石英。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2、生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程： （玻璃熔爐）（玻璃熔爐）Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫高溫

16、4、玻璃的主要成分：、玻璃的主要成分：Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 5、玻璃態(tài)物質(zhì)、玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃玻璃 沒有固沒有固定的熔點(diǎn)。定的熔點(diǎn)。 沒有一定的沒有一定的熔點(diǎn)而在某一溫熔點(diǎn)而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體于晶體與非晶體之間。）之間。）實例實例特性特性定義定義玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃態(tài)物質(zhì)幾種常見玻璃簡介幾種常見玻璃簡介普通玻璃普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色因混有鐵的化合物顯淺綠色藍(lán)玻璃藍(lán)玻璃紅玻璃紅玻璃鉛玻璃鉛玻璃光學(xué)儀器玻璃光學(xué)儀器玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維：光導(dǎo)纖維：1964年年8月華裔科學(xué)家月華裔科學(xué)家高錕首先

17、提出用玻璃纖維代替金屬高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為導(dǎo)線，被譽(yù)為“纖維光學(xué)之父纖維光學(xué)之父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對光導(dǎo)纖維上同比頭發(fā)絲還細(xì)的一對光導(dǎo)纖維上同時傳送時傳送3萬門電話且中繼距離長達(dá)萬門電話且中繼距離長達(dá)2050Km，保密性能好。，保密性能好。 在原料里加入某些金屬氧化物均勻地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(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。顏色。 把普通玻璃放在電爐里把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大度比普通玻璃大46倍，不倍

18、，不易破碎。易破碎。6、幾種常見的玻璃、幾種常見的玻璃水泥水泥以黏土和石灰石為主要原料以黏土和石灰石為主要原料具有特殊功能的含硅物質(zhì)具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅（金剛砂）碳化硅（金剛砂）硅鋼硅鋼 導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯硅橡膠硅橡膠分子篩分子篩具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽新型陶瓷新型陶瓷生物陶瓷生物陶瓷人造骨人造骨三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷原料原料反應(yīng)反應(yīng)原理原理主要主要成分成分特性特性CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 高溫高溫純

19、堿、石灰石、石英純堿、石灰石、石英粘土、粘土、石灰石石灰石粘土粘土高溫下發(fā)生復(fù)雜高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變的物理、化學(xué)變化化燒結(jié)時發(fā)生復(fù)雜燒結(jié)時發(fā)生復(fù)雜物理、化學(xué)變化物理、化學(xué)變化 SiO2CaSiO3Na2SiO32CaOSiO2 3CaOSiO2 3CaOAl2O3硅酸鹽硅酸鹽非晶體非晶體，透明、無固定熔，透明、無固定熔點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)軟化軟化水硬性水硬性：無論在水：無論在水中還是在空氣中均中還是在空氣中均能硬化（是不可逆能硬化（是不可逆過程）過程） 抗氧化、抗酸堿腐抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣蝕、耐高溫、絕緣本節(jié)內(nèi)容小結(jié)本節(jié)內(nèi)容小結(jié)：1.硅硅硅的存在硅的存在硅的化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)硅的用途硅的用途2.SiO2二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的用途二氧化硅的用途3.硅酸鹽及無機(jī)硅酸鹽材料硅酸鹽及無機(jī)硅酸鹽材料練習(xí)：練習(xí)：完成下列反應(yīng)方程式完成下列反應(yīng)方程式1、硅與氧氣、硅與氧氣2、高純硅的制取、高純硅的制取3、二氧化硅與氫氧化鈉的反應(yīng)、二氧化硅與氫氧化鈉的反應(yīng)4、二氧化硅與氫氟酸的反應(yīng)、