41无机非金属材料的主角-硅【上课用】

第一节 无 机 非 金 属 材 料 的 主 角_硅 美 国 的 硅 谷 “ 斯 坦 福 科 研工 业 区 ” 是 美 国 电 子 和 计 算 机 工 业中 心 ， 位 于 美 国 西 海 岸 加 利 福 尼 亚州 北 部 旧 金 山 南 郊 ， 圣 克 拉 拉 县 和圣 胡 安 两 城 之 间 的 一 条 长 公 里 ，宽 公 里 的 长 条 形 地 带 上 。 由 于它 集 中 了 全 世 界 0 以 上 的 著 名 半导 体 公 司 ， 而 半 导 体 的 基 本 元 件 是硅 片 ， 所 以 该 地 区 被 称 为 “ 硅 谷 ” 。 硅 谷 silicon valley 分 析 ： 既 不 易 失 电 子 ， 又 不 易 得 电 子 ，主 要 形 成 四 价 的 化 合 物 。硅 元 素 （ Si） 硅 在 自 然 界 的 存 在 形 态 ：没 有 游 离 态 ， 只 有 化 合 态 ， 以 二氧 化 硅 和 硅 酸 盐 的 形 式 存 在 于 岩 石 和矿 物 中 。 常 温 下 ， 单 质 碳 、 硅 的 化 学 性 质都 不 活 泼 ， 为 什 么 碳 在 自 然 界 中 有稳 定 的 单 质 （ 金 刚 石 ） 存 在 ， 而 硅却 没 有 ， 说 明 了 什 么 ？阅 读 :课 本 P74 1、 存 在硅 石 （ 12%） 结 晶 形 ： 石 英无 定 形 （ 沙 子 ） 水 晶玛 瑙阅 读 课 本 P75一 、 二 氧 化 硅2、 用 途 3、 物 理 性 质物 质 SiO2 CO2状 态 （ 常 温 ） 气 体熔 点 -56.6 沸 点 -78.5 溶 解 性 1： 1硬 度 固 体16102230不 溶大 Si O Si ， 5、 化 学 性 质 性 质 稳 定 , 不 活 泼SiO2 + CaO = CaSiO3 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2ONa2SiO3可 溶 于 水 ， 其 水 溶 液 俗 名 水 玻 璃 ， 是 一 种 矿 物 胶A、 与 强 碱 生 成 硅 酸 盐 和 水 24H F+SiO2=SiF4+2H 2O 2 1、 为 什 么 实 验 室 中 盛 放碱 液 的 试 剂 瓶 要 用 橡皮 塞 而 不 能 用 玻 璃 塞（ 玻 璃 中 含 SiO2） ？2、 实 验 室 能 否 用 玻 璃瓶 保 存 氢 氟 酸 ？ 用 塑 料 瓶 保 存 氢氟 酸 （ 1） 向 饱 和 Na2SiO3溶 液 中 滴 入 酚 酞 ，再 滴 入 稀 盐 酸现 象结 论方 程 式 滴 入 酚 酞 溶 液 呈 红 色Na2SiO3呈 碱 性Na2SiO3+2HCl = H2SiO3 +2NaCl滴 入 盐 酸 有 硅 酸 凝 胶 产 生硅 酸 难 溶 于 水二 .硅 酸 (H2SiO3) （ 2） 把 稀 硫 酸 加 入 到 Na2SiO3溶 液中 ， 会 有 什 么 现 象 ？现 象结 论方 程 式 滴 入 硫 酸 有 硅 酸 凝 胶 产 生硅 酸 难 溶 于 水 （ 白 色 胶 状 沉 淀 ）Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4 （ 3） 把 二 氧 化 碳 通 入 到 Na2SiO3溶 液 中Na2SiO3+ CO2+H 2O= H 2SiO3 +Na2CO3注 ： 1、 硅 酸 的 制 备 ； 2、 原 硅 酸 、 硅 酸 钠 ： 水 溶 液 俗 称 “ 水 玻 璃 ” ， 具 有和 。 用 作 肥 皂 填 料 、 木 材 防 火 剂 及 胶 粘剂 等 。放 入 蒸 馏 水 放 入 Na2SiO3饱 和 溶 液现 象结 论 硅 酸 盐 产 品 及 用 途 四 、 硅 （ Si） 硅有晶体硅和无定形硅两种 、 物 理 性 质 ：（ 1） 灰 黑 色 ， 有 金 属 光 泽 ， 硬 而 脆 的 固 体（ 2） 熔 、 沸 点 高 、 硬 度 大（ 3） 晶 体 硅 是 良 好 的 半 导 体 、 化 学 性 质 ： (不 活 泼 ） 常 温 下 ， 硅 的 化 学 性 质 不 活 泼 ，除 氢 氟 酸 、 氟 气 、 强 碱 外 不 跟 其 他物 质 如 ： 氧 气 、 氯 气 、 硫 酸 等 起 反应 ， 但 在 加 热 情 况 下 ， 硅 也 能 跟 一些 非 金 属 反 应 。 3、 硅 的 用 途集 成 电 路 、 晶 体 管 、 硅 整 流 器 等 半导 体 材 料 ， 还 可 以 制 成 太 阳 能 电 池 、硅 的 合 金 可 用 来 制 造 变 压 器 铁 芯 等 。 集 成 电 路 晶 体 管 l （ 1） 2 （ 粗 硅 ）若 C过 量 ： 2 l （ 2） Si+2Cl2 = SiCl4l （ 3） SiCl4+2H 2 = 4、 硅 的 制 备 高 温 高 温高 温高 温 原 料 ： 纯 碱 、 石 灰 石 、 石 英设 备 ： 玻 璃 窑条 件 ： 高 温 熔 融主 要 反 应 ：主 要 成 份 ： 硅 酸 钠 、 硅 酸 钙 、高 温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2高 温 加 入 了 不 同 的 金 属 氧 化 物 普 通 玻 璃 加 热 接 近 熔 化再 急 速 冷 却 原 料 ： 黏 土 、 石 灰 石 、 石 膏设 备 ： 水 泥 回 转 窑条 件 ： 煅 烧主 要 成 份 ： 硅 酸 三 钙 、 硅 酸 二 钙 、 铝酸 三 钙 等 原 料 ： 黏 土条 件 ： 高 温 烧 结 描 述 景 德 镇 的陶 瓷 有 这 样 一句 话 :薄 如 纸 ,声如 磬 ,色 如玉 . 产品 主 要 原 料 主 要 设 备 反 应条 件 主 要 成 分水泥 粘 土 、 石 灰石 、 石 膏 水 泥 回 转 窑 高 温 硅 酸 三 钙 ：3CaOSiO2硅 酸 二 钙 ：2CaOSiO2铝 酸 三 钙 ：CaOAl2O3玻璃 纯 碱 、 石 灰石 、 石 英 玻 璃 窑 高 温 Na2SiO3 、 CaSiO3 、 SiO 2 硅 酸 盐 产 品 简 介 新 型 无 机 非 金 属 材 料 的 优 点 ：1、 能 承 受 高 温 ， 强 度 高2、 具 有 电 学 特 性3、 具 有 光 学 特 性4、 具 有 生 物 功 能 玻 璃 刀 玻 璃 刀 轮 片红 宝 石 为 轴 的 雷 达 表 人 造 金 刚 石 锯 片 新 型 无 机 非 金 属 材 料 之 一 ：高 温 结 构 陶 瓷 、 压 电 陶 瓷新 型 陶 瓷 透 明 陶 瓷 、 超 导 陶 瓷 等 l 、 高 温 结 构 陶 瓷l 、 压 电 陶 瓷l 、 透 明 陶 瓷l 、 超 导 陶 瓷 生 产 过 程 ： 使 用 硅 土 黏 合 剂 将 低 密 度非 晶 硅 增 强 纤 维 粘 合 成 长 15cm， 宽15cm， 厚 210cm的 拱 形 瓦 ， 经 过高 温 烧 结 ， 再 在 表 面 涂 上 一 层 高 温 结构 陶 瓷 ， 就 成 了 一 块 防 热 瓦高 温 结 构 陶 瓷 的 应 用 l耐 热 （ 可 承 受 2000 ）l防 潮l耐 磨l超 群 的 隔 热 能 力l反 射 太 阳 光l可 重 复 使 用 高 温 结 构 陶 瓷 的 应 用 航 天 飞 机高 温 结 构 陶 瓷 的 应 用两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚”号返航时在空中解体。 高 温 结 构 陶 瓷 之 所 以 在 航 天 事 业 上 的 有如 此 优 秀 的 表 现 ,因 为 它 具 有 耐 高 温 、 耐氧 化 、 超 强 、 超 硬 等 优 点 ， 它 可 以 在 各种 恶 劣 环 境 下 使 用 ， 同 时 ， 也 是 制 造 汽车 发 动 机 ， 喷 气 发 动 机 的 理 想 材 料 ， 可以 大 大 提 高 能 源 的 利 用 率 ， 可 以 使 汽 车跑 得 更 快 ， 飞 机 飞 得 更 高 。 高 温 结 构 陶 瓷 的 应 用 l 所 谓 超 导 现 象 就 是 金 属 的 电 阻 随 温 度 的 升高 而 增 大 ， 当 金 属 的 温 度 降 低 时 ， 它 的 电阻 减 小 ,当 温 度 降 到 -269 （ 液 氮 温 度 ， 为4K ） 左 右 时 ， 水 银 的 电 阻 变 为 零 ， 这 种 现象 叫 超 导 现 象 l 我 国 研 制 的 超 导 陶 瓷 的 临 界 温 度 为 77K ， 处于 世 界 领 先 水 平 。 超 导 陶 瓷 l这 种 陶 瓷 强 度 大 ,韧 性 好 ,与 人 体 亲 和 力好 ， 目 前 它 是 人 体 骨 骼 和 牙 齿 的 重 要移 植 材 料 。l在 这 一 领 域 我 国 处 于 世 界 领 先 水 平 。 l利 用 陶 瓷 ， 还 可 实 现 多 种 功 能 互 换 。如 安 放 在 打 火 机 中 的 压 电 陶 瓷 ， 一 经敲 打 即 刻 产 生 一 个 电 火 花 ， 将 机 械 能转 变 成 电 能 。 l材 料 科 学 和 工 程 是 人 类 科 技 文 明 生活 和 工 农 业 生 产 的 推 动 器 ， 新 材 料的 发 现 和 它 的 广 泛 应 用 常 常 会 带 来社 会 生 产 的 变 革 和 新 兴 产 业 的 出 现l比 如 硅 的 出 现 就 引 发 了 现 代 信 息 产业 的 一 场 革 命