《硅无机非金属材料》

氧 硅H Cl H 2CO3酸 性 CO2 C60石 墨 金 刚 石 一 、 单 质 硅 与 半 导 体 材 料1 半 导 体 材 料 特 指 导 电 能 力 介 于 和 之 间 的 一 类 材 料 ，最 早 使 用 的 半 导 体 材 料 是 ， 现 在 使 用 最 广 泛 的 半 导体 材 料 是 。2 硅 的 存 在 在 地 壳 里 ， 硅 的 含 量 仅 次 于 ， 全 部 以 态 存在 ， 主 要 存 在 形 式 为 二 氧 化 硅 和 。 硅 单 质 存在 同 素 异 形 体 是 和 。导 体 绝 缘 体锗硅 硅 酸 盐氧 化 合晶 体 硅 无 定 形 硅 3 单 质 硅(1)物 理 性 质 ：颜 色 光 泽 熔 点 质 地 导 电 性 色 光 泽 灰 黑 金 属 很 高 硬 而 脆 半 导 体有 SiO2集 成 二 、 二 氧 化 硅 和 光 导 纤 维1 二 氧 化 硅 (1)存 在 ： 二 氧 化 硅 广 泛 存 在 于 自 然 界 中 ， 是的 主 要 成 分 。 纯 净 的 二 氧 化 硅 又 称 。 沙 子 、 石 英水 晶(2)物 理 性 质 ：状 态 颜 色 熔 点 硬 度 水 溶 性晶 体 溶无 色 高 大 不 (3)化 学 性 质 ： 具 有 酸 性 氧 化 物 的 通 性 ：a 常 温 下 SiO2与 NaOH 溶 液 反 应 生 成 盐 和 水 ：SiO2 2NaOH = 。b 高 温 下 SiO2与 碱 性 氧 化 物 (如 CaO)反 应 生 成 盐 ：SiO 2 CaO 。Na2SiO3 H 2OCaSiO3 特 性 ：与 氢 氟 酸 (H F)反 应 ：SiO2 4H F= 。 弱 氧 化 性 ：高 温 下 与 C反 应 ：SiO 2 2C 。SiF4 2H 2OSi 2CO 2 光 导 纤 维(1)主 要 成 分 ： SiO2。 (2)用 途 ： 用 于 、 能 量 传 输 、 处 理 等 ，光 纤 的 使 用 节 约 了 大 量 的 人 力 、 物 力 、 财 力 ， 且 提 高了 信 号 传 输 效 率 。 通 迅 信 息 三 、 硅 酸 盐 和 无 机 非 金 属 材 料1 硅 酸 盐(1)硅 酸 钠 ： 其 水 溶 液 俗 称 ， 有 黏 性 。(2)硅 酸 盐 ： 性 质 ： 硅 酸 盐 性 质 ， 熔 点 ， 大 都 溶 于 水 。水 玻 璃稳 定 较 高 难 表 示 方 法 ： 硅 酸 盐 的 组 成 比 较 复 杂 ， 常 用 氧 化 物 的 形 式 表 示 。 例 如 ：硅 酸 钠 (Na2SiO3)可 表 示 为 ， 钠 长 石 (NaAlSi3O8)可 表 示 为 。 2 无 机 非 金 属 材 料 (1)传 统 的 无 机 非 金 属 材 料 硅 酸 盐 产 品 。Na2OSiO2Na2OAl2O36SiO2 水 泥 玻 璃 陶 瓷主 要成 分及 种类 硅 酸 三 钙(3CaOSiO2)、硅 酸 二 钙(2CaOSiO2)、铝 酸 三 钙(3CaOAl2O3) 普 通 玻 璃(Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2)石 英 玻 璃 、 光 学玻 璃 、 钢 化 玻 璃 、 有色 玻 璃 、 玻 璃 纤 维 土 器 、 陶器 、 瓷 器 水 泥 玻 璃 陶 瓷主 要性 能 水 硬 性 (与 水 掺 和搅 拌 后 凝 固 变 硬 )，不 可 逆 过 程 玻 璃 态 物 质 ， 无 固定 的 熔 沸 点 ， 在 一定 温 度 范 围 内 熔 化 耐 氧 化 、 抗 酸碱 腐 蚀 、 耐 高温 、 绝 缘典 型设 备 回 转 窑 玻 璃 窑 陶 瓷 窑共 同特 点 高 温 条 件 下 发 生 复 杂 的 物 理 化 学 变 化 ， 冷 却 后 成 为成 分 复 杂 的 硅 酸 盐 (2)新 型 无 机 非 金 属 材 料 ：材 料 类 别 主 要 特 性 示 例 用 途高 温 结 构陶 瓷 能 承 受 ，强 度 高 氮 化 硅 陶 瓷 汽 轮 机 叶 片 、 轴 承 、永 久 性 模 具 等半 导 体陶 瓷 具 有 特 性 氧 化 锡 陶 瓷 集 成 电 路 中 的 半 导 体光 学 材 料 具 有 特 性 光 导 纤 维 光 缆 通 讯 、 医 疗 、 照明 等生 物 陶 瓷 具 有 功 能 氧 化 铝 陶 瓷 人 造 骨 、 人 造 关 节 、接 骨 螺 钉高 温电 学光 学生 物 1 判 断 正 误 。(1)自 然 界 存 在 硅 单 质 的 同 素 异 形 体 ， 性 质 较 稳 定 。 ( )(2)单 质 硅 的 导 电 性 介 于 导 体 和 绝 缘 体 之 间 。 ( )(3)晶 体 硅 具 有 金 属 光 泽 ， 故 它 属 于 金 属 材 料 ， 能 导 电 。( )(4)含 硅 的 钢 具 有 良 好 的 导 磁 性 和 耐 酸 性 。 ( )(5)最 早 使 用 的 半 导 体 材 料 是 硅 。 ( ) 分 析 ： 硅 单 质 存 在 同 素 异 形 体 ， 但 自 然 界 中 无 单 质 硅 。硅 导 电 性 介 于 导 体 和 绝 缘 体 之 间 ， 是 重 要 的 半 导 体 材 料 ，最 早 使 用 的 半 导 体 材 料 是 锗 。答 案 ： (1) (2) (3) (4) (5) 2 用 短 线 连 接 。答 案 ： a b c d 3 玻 璃 的 主 要 成 分 之 一 是 SiO2， 下 列 物 质 贮 存 时 应 注 意 ： NaOH 溶 液 浓 H NO3 溴 Na2CO3溶 液 (碱 性 ) 氢 氟 酸 盐 酸 水 玻 璃(1)用 玻 璃 瓶 不 能 配 玻 璃 塞 的 有 _， 可 用 玻 璃 塞 的 有_。(2)用 玻 璃 瓶 不 能 配 橡 胶 塞 的 有 _。(3)不 能 用 玻 璃 瓶 盛 装 的 是 _。 分 析 ： SiO2是 酸 性 氧 化 物 ， 与 碱 反 应 生 成 硅 酸 盐 粘 住 瓶塞 不 易 打 开 ， 浓 H NO3、 溴 具 有 强 氧 化 性 ， 能 氧 化 橡 胶 。氢 氟 酸 与 SiO2反 应 ， 腐 蚀 玻 璃 ， 不 能 用 玻 璃 瓶 盛 装 。答 案 ： (1) (2) (3) 4 制 取 玻 璃 和 水 泥 都 用 了 共 同 的 原 料 是 _。答 案 ： 石 灰 石5 向 Na2SiO3溶 液 中 通 入 CO2气 体 ， 现 象 是 _，反 应 方 程 式 为 ： _，说 明 酸 性 _ _。答 案 ： 生 成 白 色 沉 淀 Na 2SiO3 CO2 H 2O=H 2SiO3 Na2CO3 H 2CO3 H 2SiO3 6 下 列 哪 些 材 料 是 新 型 无 机 非 金 属 材 料 _。 氧 化 铝 陶 瓷 氮 化 硅 陶 瓷 碳 化 硅 陶 瓷 氮 化 铝 陶 瓷 氮 化 钛 陶 瓷 硅 化 硼 陶 瓷 二 硅 化 铜 陶 瓷 红 色 玻 璃 钢 化 玻 璃 光 导 纤 维 分 析 ： 新 型 无 机 非 金 属 材 料 是 指 具 有 特 殊 结 构 、 功 能 的新 材 料 。 红 色 玻 璃 是 在 原 料 中 加 入 Cu2O使 玻 璃 呈 红 色 ，钢 化 玻 璃 是 把 普 通 玻 璃 放 入 电 炉 里 加 热 ， 使 它 软 化 ， 然后 急 速 冷 却 而 制 成 的 ， 都 属 于 传 统 硅 酸 盐 产 品 。答 案 ： 特 别 提 醒 (1)硅 属 于 非 金 属 元 素 ， 但 也 具 有 一 定 的 金 属 性 ，如 可 导 电 、 具 有 金 属 光 泽 等 。(2)导 电 性 ： 硅 石 墨 。(3)酸 性 强 弱 ： H 2CO3 H 2SiO3。 例 1 下 列 关 于 硅 和 二 氧 化 硅 说 法 不 正 确 的 是 ( )A 晶 体 硅 呈 灰 黑 色 ， 是 具 有 金 属 光 泽 、 硬 而 脆 的 固 体 B 硅 的 化 学 性 质 很 稳 定 ， 但 自 然 界 里 无 游 离 态 的 硅 存在 ， 常 温 下 可 与 其 他 物 质 发 生 反 应C 硅 和 二 氧 化 硅 都 能 与 NaOH 溶 液 反 应 D 工 业 上 用 焦 炭 在 高 温 条 件 下 还 原 二 氧 化 硅 来 制 备 硅说 明 通 常 情 况 下 还 原 性 C Si . 答 案 D (1)自 然 界 中 存 在 游 离 态 的 碳 ， 却 不 存 在 游 离 态 的 硅 。 (2)二 氧 化 硅 与 焦 炭 在 隔 绝 空 气 的 条 件 下 制 取 粗 硅 时 ，生 成 的 是 CO而 不 是 CO2。 二 氧 化 硅 和 二 氧 化 碳 性 质 的 比 较名 称 SiO2 CO2物 理性 质 颜 色 无 色 无 色状 态 固 体 气 体熔 沸 点 很 高 很 低硬 度 大 小溶 解 性 不 溶 于 水 可 溶 于 水 名 称 SiO2 CO2化 学性 质 类 型 硅 酸 酸 酐 、酸 性 氧 化 物 碳 酸 酸 酐 、酸 性 氧 化 物与 碱(NaOH ) SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H 2O CO2 2NaOH =Na2CO3 H 2OCO2过 量 时 生成 NaH CO3 例 2 下 列 说 法 中 ， 正 确 的 是 ( )A SiO2和 CO2均 由 分 子 直 接 构 成B CO2、 SiO2都 是 酸 性 氧 化 物 ， 不 与 任 何 酸 反 应 C CO2和 SiO2都 是 酸 性 氧 化 物 ， 在 一 定 条 件 下 都 能 和 氧化 钙 反 应 D CO 2、 SiO2分 别 是 H 2CO3、 H 2SiO3的 酸 酐 ， 因 而 均 可由 CO2、 SiO2与 水 反 应 制 得 相 应 酸 解 析 SiO2直 接 由 硅 原 子 、 氧 原 子 构 成 ， CO2是 由 CO2分 子 构 成 ， A错 ； SiO2能 与 氢 氟 酸 反 应 ， B错 ； CO2、 SiO2与CaO反 应 生 成 CaCO3和 CaSiO3。 SiO2不 溶 于 水 ， 不 能 与 水 反应 生 成 H 2SiO3， D错 。 答 案 C 1 表 示 方 法(1)化 学 式 法 ： 如 硅 酸 钠 (Na2SiO3)、 硅 酸 钙 (CaSiO3)等 。 此 法 一 般 用于 组 成 比 较 简 单 的 硅 酸 盐 。 (2)氧 化 物 法 ： 硅 酸 盐 的 种 类 很 多 ， 结 构 也 很 复 杂 ， 多 以 氧 化 物 形 式来 表 示 它 的 组 成 ， 通 式 为 aM xOybSiO2cH 2O。 当 金 属 不 止 一 种 时 ， 先 写 活 泼 金 属 ， 再 写 较 活 泼 金属 ， 然 后 是 二 氧 化 硅 ， 最 后 写 水 。 氧 化 物 化 学 式 之 间 用 “”隔 开 ， 化 学 式 前 的 系 数 只 能取 整 数 ， 且 只 代 表 该 氧 化 物 本 身 。 氧 化 物 前 系 数 配 置 原 则 ： 除 氧 元 素 外 ， 其 他 元 素 尽量 按 配 置 前 后 原 子 个 数 守 恒 原 则 配 置 系 数 。例 如 ： 硅 酸 钠 ： Na 2SiO3Na2OSiO2，石 棉 ： Mg3Ca(SiO3)4CaO3MgO4SiO2。 2 硅 酸 钠 (1)物 理 性 质 ： 可 溶 于 水 ， 水 溶 液 俗 称 “水 玻 璃 ”。 “水 玻璃 ”具 有 很 强 的 黏 合 性 ， 是 建 筑 行 业 常 用 的 黏 合 剂 。 (2)化 学 性 质 ： 易 与 酸 反 应 。 与 强 酸 反 应 ： Na2SiO3 2H Cl=2NaCl H 2SiO3。 与 CO2反 应 ： CO2不 足 ， Na2SiO3 CO2 H 2O=Na 2CO3 H 2SiO3； CO2过 量 ， Na2SiO3 2CO2 2H 2O=2NaH CO3H 2SiO3。 特 别 提 醒 (1)由 于 硅 酸 盐 组 成 复 杂 ， 用 氧 化 物 表 示 其 组 成 只 是为 了 简 化 对 硅 酸 盐 组 成 的 表 示 ， 不 能 理 解 成 硅 酸 盐 以 氧化 物 形 式 存 在 。 (2)硅 酸 (H 2SiO3)是 一 种 难 溶 于 水 的 白 色 胶 状 物 ， 酸性 比 碳 酸 还 弱 ， 硅 酸 受 热 分 解 为 二 氧 化 硅 和 水 。 硅 酸 失去 部 分 水 后 得 硅 胶 。 例 3 高 岭 土 的 组 成 是 ： Al2Si2Ox(OH )y， 其 中 x、 y的值 分 别 是 ( )A 7、 2 B 5、 4C 6、 3 D 3、 6 答 案 B (1)硅 酸 盐 中 ， 氧 原 子 与 其 他 原 子 具 有 一 定 配 比 关 系 。(2)各 元 素 正 负 化 合 价 代 数 和 为 零 。