硅無機(jī)非金屬材料課件

硅無機(jī)非金屬材料一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料特指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。最早使用的半導(dǎo)體材料是鍺(Ge)，但由于鍺在地殼中含量很低提煉工藝復(fù)雜，價格昂貴不適于廣泛使用。

硅(silicon)在地殼中含量僅次于氧，儲量豐富，現(xiàn)已成為應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料。1.硅的物理性質(zhì)

單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅(非晶硅)兩種。灰黑色、硬而脆、有金屬光澤的固體。熔點(1410℃)、沸點(2355℃)高、是重要的半導(dǎo)體材料。2.硅的化學(xué)性質(zhì)硅原子最外層有4個電子，可得4個電子，顯氧化性；也可失4個電子，顯復(fù)原性；但都比較難。故常溫下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只與強(qiáng)堿溶液、HF、F2反響，不與氧氣、Cl2、硫酸、鹽酸、HNO3等反響，高溫下較活潑。Si+2F2===SiF4Si+4HF===SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑常溫(1)反響Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑是不是離子反響？如是，寫出反響的離子方程式。思考：是Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑(2)硅與強(qiáng)堿溶液的反響是不是氧化復(fù)原反響?第一步:Si+4H2O=H4SiO4+2H2↑第二步:H4SiO4=H2SiO3+H2O第三步:H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2ОSi+2NaOH+4H2O=Na2SiO3+3H2O+2H2↑4e高溫Si+2Cl2====SiCl4

Si+O2===SiO2(放出大量的熱,綠色燃料)

Si+C===SiC（金剛砂，隔絕空氣)Si+2Mg===Mg2Si

(離子化合物)Si+2H2====SiH4△高溫高溫高溫

現(xiàn)把11.5g鈉和4.2g硅同時投入100g水中，在標(biāo)況下可收集到H2多少L?解：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑2×23g22.4L11.5gV1(H2)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑28g2×22.4L4.2gV1(H2)V(H2)=5.6+6.72=12.32(L)練習(xí)111.5g×22.4L2×23g＝5.6L＝V1(H2)4.2g×2×22.4L28g＝6.72L＝V1(H2)

集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽能電池、含硅4%的鋼(硅鐵合金)可用來制造變壓器鐵芯等，含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設(shè)備。集成電路晶體管3.用途(2)工業(yè)制粗硅：SiO2+2C===Si+2CO↑

(含雜質(zhì)的粗硅)高溫(3)粗硅提純：Si+2Cl2===SiCl4高溫SiCl4+2H2==4HCl+Si（純度高的多晶硅)高溫

(1)在自然界中，只以化合態(tài)存在(SiO2或硅酸鹽的形式存在)在于地殼的礦物和巖石里在地殼中，硅的含量居第二位。4.制法生成的液態(tài)SiCl4經(jīng)蒸餾，再用H2復(fù)原

有晶體和無定形兩大類。晶體二氧化硅叫石英、水晶、瑪瑙，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。二.二氧化硅(SiO2)與光導(dǎo)纖維

晶體中每個硅原子通過共價鍵與周圍4個氧原子結(jié)合成正四面體形結(jié)構(gòu)單元，硅原子之間通過氧原子連接，晶體中所有原子成一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為SiO2，不表示有SiO2分子組成，晶體中只有Si、O原子，無分子。1.性質(zhì)：

熔點高、硬度大的固體。2NaOH+SiO2==Na2SiO3+H2O

所以盛堿性溶液(如NaOH、KOH、Na2CO3、NaSiO3等)溶液的試劑瓶不能用磨口玻璃塞)SiO2+CaO===CaSiO3高溫Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫(1)酸性氧化物:但是不溶于水,也不與水反響.(2)常溫與氫氟酸反響4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O此反響常被用來刻蝕玻璃。(1)無色透明晶體，折射率大可制光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子儀器、工藝品〔水晶、瑪瑙〕、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。2.用途：(2)功能材料—光導(dǎo)纖維(光纖)

是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信息高速公路的“基石.光纖除了可以用于通訊外,還用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等許多方面。光學(xué)纖維胃鏡

6水晶制品

光纖光纜普通電纜信息量大,每根光纖理論上可同時通過10億路電話8管同軸電纜每條通話1800路原料來源廣(石英玻璃),節(jié)約有色金屬資源較少質(zhì)量小,每公里27g,不怕腐蝕,鋪設(shè)方便每公里1.6t成本低,每公里1萬元左右每公里20萬元性能好,抗電磁干擾保密性強(qiáng),能防竊聽,不發(fā)生電輻射(3)光纖光纜與普通電纜比較:光纖面板石英制品瑪瑙光纖路面燈與花園燈：光纖吸頂燈：光纖工程案例外景：光導(dǎo)纖維:

光纖系列產(chǎn)品在光學(xué)照明及裝飾照明方面最具靈活性和完整性，能產(chǎn)生五顏六色，如夢如幻的視覺效果。具有無紫外線，低熱量，無電傷害，使用壽命長，色彩變幻豐富等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于夜總會，賓館灑店，商場，博物館，居家裝飾等各種裝飾工程當(dāng)中，柔和而豐富的光線給您更創(chuàng)完美的視覺效果。光導(dǎo)纖維（二氧化硅）主要特性①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕主要用途用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測遙控等光導(dǎo)纖維以下說法正確的選項是()A.晶體硅和無定形硅是兩種不同的物質(zhì)B.二氧化硅可用做半導(dǎo)體材料C.硅可與氧氣反響，單質(zhì)硅不能在空氣中穩(wěn)定存在D.SiO2+3C====SiC+2CO↑中，氧化劑與復(fù)原劑的物質(zhì)的量比為1:2練習(xí)2:D練習(xí)3:以下溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是()A.氫氟酸B.濃硝酸C.NaOH溶液D.氯水C(1)如何除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)？用化學(xué)方程式表示。(2)如何除去碳酸鈣中少量的二氧化硅雜質(zhì)？用化學(xué)方程式表示。練習(xí)41.硅酸、原硅酸:都不溶于水，酸酐都是SiO2,酸性均比較弱(比碳酸弱)。原硅酸(H4SiO4)是一種白色膠狀物質(zhì)，在枯燥的空氣中易分解失水變成硅酸(H2SiO3)三.硅酸及其鹽H4SiO4===H2SiO3+H2O(易)受熱可繼續(xù)失水:nH2SiO3=(n-1)H2O+nSiO2.H2O(硅膠)H2SiO3=

SiO2+H2O(硅膠—實驗室里常用的枯燥劑)H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O均可溶于NaOH、KOH等強(qiáng)堿溶液:Na2SiO3+CO2+2H2O==Na2CO3+H4SiO4↓2.硅酸鹽Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+2CO2+3H2O=2NaHCO3+H4SiO4↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓

(1)除Na2SiO3

、K2SiO3以外幾乎都不溶于水。其中Na2SiO3又稱泡花堿，其水溶液俗稱水玻璃----無色粘稠的液體，是一種礦物膠，常做粘合劑、防腐劑。

書寫格式：活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水.(2)地殼中硅酸鹽特別是地殼深處的尤為復(fù)雜，為方便起見多改寫成氧化物形式表示：高嶺土:Al2(Si2O5)(OH)4---Al2O3·2SiO2·2H2O正長石:K2Al2Si6O16--------K2O·Al2O3·6SiO2石棉:CaMg3(SiO3)4-----CaO·3MgO·4SiO2鈣沸石:Ca2Al2Si3O11.3H2O—2CaO·Al2O3·3SiO2.3H2O鎂敢欖石:Mg2SiO4-------2MgO·SiO2(1)按化學(xué)組成和特性分無機(jī)非金屬材料

傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料

金屬材料高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維(2)按用途分結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè)部門功能材料：四.無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料(inorganicnonmetallicmaterial)指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物〔包括硫化物、硒化物和碲化物〕和硅酸鹽等為主要組成的無機(jī)材料。這類材料一般耐高溫、硬度高、抗腐蝕,有些還有獨特的光學(xué)特性。

以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。以硅酸鹽為主要成份的傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料如玻璃、水泥、陶瓷等的應(yīng)用有悠久的歷史;⑴玻璃、水泥、陶瓷⑷玻璃刀〔金剛砂〕⑹彩電〔熒光材料〕⑻海底電纜〔光導(dǎo)纖維〕⑼電腦的CPU〔單晶硅〕⑽隱形飛機(jī)〔特殊光學(xué)材料〕(壓電陶瓷)⑵石英鐘表⑶手表上的“19鉆〞(人造紅寶石軸承的數(shù)目)⑸金剛石鉆頭生活中的無機(jī)非金屬材料(1)主要原料：粘土和石灰石

輔助原料：石膏作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度1.水泥：(4)主要性能：水硬性，即與水摻和攪拌并靜置后很快凝固變硬。正因如此，水泥被廣泛用做建筑材料。現(xiàn)在還創(chuàng)造了特種水泥如礬土水泥、膨脹水泥以及凝固水泥等。其中凝固水泥常用于橋梁、大壩等水下工程。水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土?；炷脸Ｓ娩摻钭鼋Y(jié)構(gòu)，這就是鋼筋混凝土。它強(qiáng)度大，常用于建造高樓大廈、橋梁等高大建筑。(3)主要成分:硅酸三鈣(3CaO?SiO2),硅酸二鈣

(2CaO?SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等(1)原

料:純堿、石灰石和石英(2)過程:把原料粉碎并按照適當(dāng)比例混合后，放入玻璃熔爐里加強(qiáng)熱，發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，成型冷卻即可。Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑

高溫

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑

高溫(3)主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的混合物，無固定的熔點，只是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。在軟化狀態(tài)時，玻璃可以制成任何形狀制品。普通鈉玻璃可寫成氧化物的形式：〔Na2O?CaO?6SiO2〕2.玻璃(4)幾種特殊玻璃B:鉛玻璃：參加PbO制成光學(xué)玻璃,折光率強(qiáng)而制光學(xué)儀器。A:有色玻璃：一般是在原料里參加金屬氧化物制成的。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)特征的顏色。如加Co2O3呈藍(lán)色、加Cu2O呈紅色、加FeO呈淡綠色。D:硼酸鹽玻璃：參加硼砂(Na2B4O7.10H2O)制成的。耐驟熱、驟冷、耐酸堿的腐蝕，常用來制化學(xué)儀器。化學(xué)儀器玻璃硼砂〔Na2B4O710H2O)(1)主要原料：粘土

(2)傳統(tǒng)生產(chǎn)過程：混和、成型、枯燥、燒結(jié)、冷卻復(fù)雜的物理、化學(xué)變化3.陶瓷(China)

E:玻璃纖維和玻璃鋼：玻璃在熔化狀態(tài)下抽成絲成為玻璃纖維，玻璃纖維用合成樹脂一層層膠合壓制成一定形狀，并在加壓下加熱固化，形成玻璃鋼，強(qiáng)度大如鋼，比鋼輕。玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀等。注意：有機(jī)玻璃、水玻璃都不是玻璃。(3)主要成分：硅酸鹽

(5)種類：土器:磚瓦紅瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)青瓦(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：炻器：(4)主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點。陶器：彩陶水缸、砂鍋茶具、瓷雕、收藏珍品注：搪瓷不屬于陶瓷4.新型無機(jī)非金屬材料小結(jié):硅酸鹽工業(yè)的特點：原料---含硅的物質(zhì)。反響條件----高溫。反響原理------復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。產(chǎn)品-----硅酸鹽。材料名稱舉例高頻絕緣材料氧化鋁、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷壓電陶瓷電子打火器、鋁鈦酸鉛系材料磁性材料阿爾法質(zhì)譜儀導(dǎo)體陶瓷鈉、鋰、氧的離子導(dǎo)體、碳化硅等半導(dǎo)體陶瓷氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金屬元素的氧化物光學(xué)材料釔鋁石榴石激光材料、石英、氧化鋁等多組分的光導(dǎo)纖維高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等難熔化合物超硬材料人造金剛石、人造紅寶石等生物陶瓷植入陶瓷、人造牙、人造骨、人造關(guān)節(jié)等(2)具有電學(xué)特性，一些新型無機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，