化學(xué)高一年級(jí)《硅無(wú)機(jī)非金屬材料》課件趙少磊

硅谷siliconvalley“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國(guó)電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心，位于美國(guó)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(zhǎng)48公里，寬16公里的長(zhǎng)條形地帶上。由于它集中了全世界90％以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片。第一頁(yè)第二頁(yè)，共52頁(yè)。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%第二頁(yè)第三頁(yè)，共52頁(yè)。一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料1.硅元素在自然界中全部以

態(tài)存在，硅元素在地殼中的含量居第

位僅次于

。2.最早使用的半導(dǎo)體材料

，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料

?；湘N硅二氧第三頁(yè)第四頁(yè)，共52頁(yè)。硅單質(zhì)的性質(zhì)硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，熔點(diǎn)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。物理性質(zhì)半導(dǎo)體材料第四頁(yè)第五頁(yè)，共52頁(yè)。由下列結(jié)構(gòu)示意圖你能得到什么結(jié)論？2、硅與碳結(jié)構(gòu)相似，因而性質(zhì)相似28424+14+6SiC1、硅與碳的原子結(jié)構(gòu)相似，最外層均有4個(gè)電子3、硅與碳既不易失去電子，也不易得到電子，主要形成四價(jià)化合物．碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素第五頁(yè)第六頁(yè)，共52頁(yè)。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(qǐng)大膽猜想硅可能具有那些化學(xué)性質(zhì)？第六頁(yè)第七頁(yè)，共52頁(yè)。（1）常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定例如，常溫下，不易與H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、鹽酸等物質(zhì)反應(yīng)（2）常溫下只與堿、氫氟酸、氟氣反應(yīng)4.硅的化學(xué)性質(zhì)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4↑

+2H2↑Si+2F2=SiF4第七頁(yè)第八頁(yè)，共52頁(yè)。

（3）加熱，Si能與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（燃燒，放出大量的熱）Si+O2=====SiO2△①②Si+2Cl2======SiCl4高溫

（4）加熱，Si能與某些金屬單質(zhì)反應(yīng)第八頁(yè)第九頁(yè)，共52頁(yè)。5.硅的制備SiO2+2C====Si+2CO↑

（粗硅）高溫提純：Si+2Cl2==SiCl4高溫SiCl4+2H2==Si+4HCl高溫（高純硅）SiO2+3C====SiC+2CO↑

（金剛砂）高溫第九頁(yè)第十頁(yè)，共52頁(yè)。5、硅的用途②制集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料③含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯④含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備①硅芯片；半導(dǎo)體材料第十頁(yè)第十一頁(yè)，共52頁(yè)。二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1.自然界中存在石英巖水晶瑪瑙沙子第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共52頁(yè)。（一）、二氧化硅(SiO2)

石英晶體是結(jié)晶的SiO2，無(wú)色透明的叫做水晶，具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹慕鞋旇Ф趸?天然硅石)結(jié)晶形無(wú)定形瑪瑙水晶第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共52頁(yè)?，旇У谑?yè)第十四頁(yè)，共52頁(yè)。3.SiO2的結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)性質(zhì)很穩(wěn)定

第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共52頁(yè)。物理性質(zhì):___________________________________化學(xué)穩(wěn)定性:____________________________硬度大、熔點(diǎn)高、難溶于水很穩(wěn)定根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，請(qǐng)你分析以下問(wèn)題：SiO2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？SiO2這些性質(zhì)是由什么決定的？第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。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)？第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共52頁(yè)。討論：已知二氧化硅是一種酸性氧化物，其中硅的化合價(jià)為＋4價(jià)，請(qǐng)你預(yù)測(cè)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。(1)屬類：(2)價(jià)態(tài)：(3)特性SiO2為酸性氧化物SiO2中Si顯+4價(jià)為最高價(jià)第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共52頁(yè)。3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)SiO2CO2水CO2+H2O=H2CO3堿CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O堿性氧化物CO2+CaO=CaCO3——酸性氧化物高溫高溫不反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3第十八頁(yè)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。3.二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（1）酸性氧化物的通性①與強(qiáng)堿反應(yīng)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O結(jié)論：盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，可用橡膠塞。第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共52頁(yè)。③與某些鹽反應(yīng)CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫②與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO=====CaSiO3高溫第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。二氧化硅的注意點(diǎn)：不與水反應(yīng)（如何制取硅酸？）SiO2+H2O≠H2SiO3④特性：與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O用途：刻蝕玻璃花紋結(jié)論：氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝，而盛在塑料瓶。第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。

答：玻璃中的SiO2

與NaOH反應(yīng)生成有粘膠性的硅酸鈉學(xué)以致用

答：HF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。（3）某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與堿反應(yīng),也能與氫氟酸反應(yīng),推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?（1）為什么在實(shí)驗(yàn)室中盛放NaOH

溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（2）實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？錯(cuò)誤。兩性氧化物與酸、堿反應(yīng)生成鹽和水第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。2、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、利用石英晶體制造石英電子表、石英鐘等。第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共52頁(yè)?，F(xiàn)象結(jié)論反應(yīng)式

滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸紅色消失，并有透明膠狀物質(zhì)生成Na2SiO3溶液呈堿性，與酸反應(yīng)生成了H2SiO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl（二）、硅酸(H2SiO3)實(shí)驗(yàn)4-1

：試管中加入2ｍLNa2SiO3飽和溶液，滴入1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：第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl1、制備2、物理性質(zhì):白色，膠狀，不溶于水的物質(zhì)4、用途:可作干燥劑和催化劑的載體3、化學(xué)性質(zhì)酸性比碳酸弱（2)不穩(wěn)定性：

H2SiO3==SiO2+2H2O△強(qiáng)酸制弱酸原理（酸性HCl>H2CO3）（1)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O第二十五頁(yè)第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。第二十六頁(yè)第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。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(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)論證你的推斷。實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)：將CO2通入Na2SiO3溶液中現(xiàn)象：透明的硅酸凝膠生成方程式：Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3+Na2CO3結(jié)論：硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱第二十七頁(yè)第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。4.二氧化硅的用途注意：硅和二氧化硅的用途易混淆①制造光導(dǎo)纖維

和石英表中的壓電材料②水晶：制造電子部件和光學(xué)儀器第二十八頁(yè)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。二、硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般不溶于水化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定硅酸鈉（Na2SiO3),其水溶液俗稱水玻璃第二十九頁(yè)第三十頁(yè)，共52頁(yè)。硅酸鹽表示方法：硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶和計(jì)算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成原則：金屬氧化物（較活潑較不活潑）——非金屬氧化物方法：1、找組成元素2、寫成氧化物的形式3、原子個(gè)數(shù)比不變4、檢查有無(wú)遺漏第三十頁(yè)第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。請(qǐng)用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（Na2SiO3）————————————鎂橄欖石（Mg2SiO4）————————————高嶺土{Al2(Si2O5)(OH)4}————————————第三十一頁(yè)第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。實(shí)驗(yàn)4-2放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結(jié)論當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒用水玻璃浸泡過(guò)的木材或織物可防火制備木材防火劑的原料第三十二頁(yè)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。硅酸鹽的豐富性和多樣性第三十三頁(yè)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。陶瓷日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具第三十四頁(yè)第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。玻璃普通玻璃:Na2O·CaO·6SiO2第三十五頁(yè)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。1、主要原料：純堿、石灰石和石英。3、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化2、生產(chǎn)過(guò)程：（玻璃熔爐）Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高溫高溫第三十六頁(yè)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。4、玻璃的主要成分：Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2

5、玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃

沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。

沒(méi)有一定的熔點(diǎn)而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。（介于晶體與非晶體之間。）實(shí)例特性定義玻璃態(tài)物質(zhì)第三十七頁(yè)第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。幾種常見(jiàn)玻璃簡(jiǎn)介普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色藍(lán)玻璃紅玻璃鉛玻璃光學(xué)儀器玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維：1964年8月華裔科學(xué)家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為“纖維光學(xué)之父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對(duì)光導(dǎo)纖維上同時(shí)傳送3萬(wàn)門電話且中繼距離長(zhǎng)達(dá)20——50Km，保密性能好。

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)出特征顏色。

把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。6、幾種常見(jiàn)的玻璃第三十八頁(yè)第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。水泥以黏土和石灰石為主要原料第三十九頁(yè)第四十頁(yè)，共52頁(yè)。具有特殊功能的含硅物質(zhì)碳化硅（金剛砂）第四十頁(yè)第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。硅鋼導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯第四十一頁(yè)第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。硅橡膠第四十二頁(yè)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。分子篩具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽第四十三頁(yè)第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。新型陶瓷——生物陶瓷人造骨第四十四頁(yè)第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。三、硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料玻璃水泥陶瓷原料反應(yīng)原理主要成分特性CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫純堿、石灰石、石英粘土、石灰石粘土高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化燒結(jié)時(shí)發(fā)生復(fù)雜物理、化學(xué)變化SiO2CaSiO3Na2SiO32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O3硅酸鹽非晶體，透明、無(wú)固定熔點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)軟化水硬性：無(wú)論在水中還是在空氣中均能硬化（是不可逆過(guò)程）