第10講含硅礦物與信息材料

第10講含硅礦物與信息材料一、自然界中的硅1、含量和存在：硅在地殼中存在僅次于氧，居第二位。在自然界中，只有化合態(tài)存在，一般以SiO2和硅酸鹽的形式存在。2、硅酸鹽﹡硅酸鹽由于組成復(fù)雜，常用氧化物形式來表示。(1)氧化物的順序：堿性氧化物·兩性氧化物·酸性氧化物·水；(2)低價的寫在前面，高價的寫在后面；氧化物之間以“·”隔開；而且系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例：鋯石：ZrO2·SiO2紅柱石：Al2O3·SiO2鈣鋁石榴石：3CaO·Al2O3·3SiO2，鎂橄欖石：2MgO·SiO2高嶺土：Al2O3·2SiO2·2H2O，也可寫成Al2(Si2O5)·(OH)4二、單質(zhì)硅1、晶體結(jié)構(gòu)：正四面體型空間網(wǎng)狀，原子晶體。熔沸點(diǎn)：金剛石＞晶體硅2、物理性質(zhì)：有灰色金屬光澤的硬而脆的固體，熔沸點(diǎn)高，硬度大，是半導(dǎo)體材料。3、化學(xué)性質(zhì)：不活潑，常溫下只與F2、HF(氫氟酸)和強(qiáng)堿反應(yīng)。(1)與非金屬反應(yīng)Si＋2F2=SiF4（常溫下為氣體）Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高溫))SiCl4（常溫下為液體）Si＋O2AUTOTEXT=加熱=eq\o(=,\s\up7(△))SiO2?H＜0Si＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))SiH4↑（不穩(wěn)定）(2)與堿反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(3)與HF的反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑4、工業(yè)制法：(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si(粗硅)＋2CO(2)Si＋2Cl2=SiCl4↑（將SiCl4蒸餾提純）(3)SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(高純硅)＋4HCl5、主要用途：用來制造集成電路、晶體管等半導(dǎo)體器件，還可用來制成太陽能電池。硅的合金用來制造變壓器鐵芯（含硅4%的鋼）、耐酸設(shè)備（含硅15%的鋼）等。三、二氧化硅與信息材料1、晶體結(jié)構(gòu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子晶體。SiO2不表示分子，表示硅和氧按1︰2組成的原子晶體（每個硅原子周圍有4個氧原子每個氧原子周圍有2個硅原子）2、物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水的晶體。天然的SiO2：水晶、石英、瑪瑙、硅石、硅藻土。3、化學(xué)性質(zhì)具有酸性氧化物的通性，常溫下與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，除氫氟酸外，不與其它酸反應(yīng)(1)與堿性氧化物反應(yīng)：CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3(2)與堿反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O與堿的稀溶液反應(yīng)很慢，但與堿的濃溶液很容易反應(yīng)，生成的Na2SiO3是一種粘合計(礦物膠，玻璃膠)，所以堿性溶液可以保存在玻璃瓶中，但不能用玻璃塞，可以用橡膠塞。H2SiO3是一種難溶性酸且酸性比H2CO3還弱的酸：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3(3)與酸反應(yīng)（特性）：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O（腐蝕玻璃，氫氟酸不能保存在玻璃瓶中）(4)與鹽反應(yīng)(制玻璃)SiO2＋Na2CO3AUTOTEXT=高溫=eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑(5)具有弱氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑（制粗硅）或Si＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC(金剛砂)＋2CO↑4、用途：制造光導(dǎo)纖維、化學(xué)儀器、光學(xué)儀器、石英表（鐘）、儀器軸承等。四、比較水泥和玻璃的生產(chǎn)方法硅酸鹽產(chǎn)品水泥玻璃主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯原料石灰石和粘土純堿、石灰石、石英(過量)反應(yīng)原理發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))C