第一节 硅 无机非金属材料(天一公开课)(硅[1]

硅（Si） ）
常温下很稳定， 常温下很稳定，高温时也能 发生反应。 发生反应。
△ Si+O2 == SiO2 △
Si+2Cl2==SiCl4 Si+2F2==SiF4 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 + 2H2↑ Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
小结】 【阅读·小结】硅的工业制法与用途 阅读 小结
氮化硅（ 氮化硅（Si3N4）陶瓷 ①超硬度，耐磨损；②抗腐蚀，高温 超硬度，耐磨损； 抗腐蚀， 时也抗氧化； 抗冷热冲击而不碎裂； 主要 时也抗氧化；③抗冷热冲击而不碎裂； 耐高温且不易传热； ④耐高温且不易传热；⑤本身具有润 特性 滑性 制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、 制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、 主要 永久性模具等机械构件。用于制造柴 永久性模具等机械构件。 用途 油机中发动机部件的受热面等
种类 种玻璃
普通玻璃、 普通玻璃、特
不同标号
化学仪器、 化学仪器、光 学仪器、 学仪器、运动 器材、 用途 器材、通讯器 窗玻璃、 材、窗玻璃、 玻璃瓶、 玻璃瓶、杯
建筑材料
传统无机非金属材料与新型 传统无机非金属材料与新型 无机非金属材料的特性对比 无机非金属材料的特性对比
材料 种类
传统
普通水泥 普通玻璃 粘土质陶瓷
天然存在： 天然存在：石英 水晶 硅藻土 (1)水晶用于制造电子 水晶用于制造电子 仪器的重要部件、 仪器的重要部件、光 学仪器、 学仪器、工艺品 (2)光导纤维原料 光导纤维原料 (3)制玻璃 制玻璃
三、硅酸盐与无机非金属材料
玻璃 纯碱、石灰石、 纯碱、石灰石、 原料 石英 CaCO3+SiO2高温 反应 CaSiO3+CO2↑ 高温 原理 NaCO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ 反应 高温 条件 强热 冷却 生产 原料→熔体→ 原料→熔体→玻璃 过程 水泥 粘土、 粘土、 石灰石 陶瓷 粘土
3、现在广泛使用的半导体材料是什么？ 、现在广泛使用的半导体材料是什么？ 为什么可以广泛使用？ 为什么可以广泛使用？
硅（Si） ） 含量丰富， 含量丰富，地壳中含量仅次于氧
硅的性质与用途
1、物理性质： 物理性质：
灰黑色、有金属光泽、 灰黑色、有金属光泽、硬而脆 的固体， 的固体，是很好的半导体材料 同素异形体： 同素异形体：晶体硅和无定形硅 硅
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火 力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重 要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
水晶制品
1
第一节
硅 无机非金属材料
思考： 思考：
无机非金属材料包括哪些？ 无机非金属材料包括哪些？
陶瓷、玻璃、 陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等
2NaHCO3
(4)不与酸反应 不与酸反应
(4)与氢氟酸反应 与氢氟酸反应 SiO2+4HF==SiF4 ↑ +2H2O (腐蚀玻璃） 腐蚀玻璃） 腐蚀玻璃
制 法 与 用 途
(1)工业法 工业法 高温 CaCO3==CaO+CO2↑ ↑ (2)实验室制法 实验室制法 CaCO3+2H+== Ca2++H2O+CO2↑ ↑ (1)化工原料：制纯碱、 化工原料： 化工原料 制纯碱、 尿素； 尿素； (2)灭火 灭火 (3)干冰用人工降雨； 干冰用人工降雨； 干冰用人工降雨 (4)制碳酸饮料等 制碳酸饮料等
硅酸盐
非晶体，透明、水硬性： 非晶体，透明、水硬性：无论在水 无固定熔点， 无固定熔点， 中还是在空气中均 特性 能硬化（ 可在一定温度 能硬化（是不可逆 过程） 范围内软化 过程）
抗氧化、 抗氧化、抗酸 碱腐蚀、 碱腐蚀、耐高 温、绝缘 土器、陶器、 土器、陶器、 瓷器、 瓷器、炻器等 (1)化学实验中 化学实验中 的坩埚、 的坩埚、蒸发 皿(2)建筑中的 建筑中的 砖、瓦(3)电器 电器 中的绝缘瓷
(1)酸性氧化物 酸性氧化物 CO2+H2O== H2CO3 CO2+CaO== CaCO3
CO2+2OH- == CO3 2- +H2O
(1)酸性氧化物 酸性氧化物 不与水反应 SiO2+CaO== CaSiO3
SiO2 +2OH=== SiO3 2- +H2O
高温 高温
化 (2)弱氧化性 弱氧化性 (2)弱氧化性 弱氧化性 高温 高温 CO2+C === 2CO 学 SiO2+2C=== Si+2CO ↑ 与盐反应(在溶液中 与盐反应 在溶液中) 与盐反应(固体 与盐反应 固体) 性 (3)与盐反应 在溶液中 (3)与盐反应 固体 CO2+Na2CO3+H2O= 高温 质 SiO2+CaCO3 ===CaSiO 3 +CO2↑
预测硅的化学性质
Si 与 C、S、P等都是非金属单质，应该具有 等都是非金属单质， 、 、 等都是非金属单质 某些类似性质。 分类法） 某些类似性质。（分类法） 一、常温下C、S、 常温下 、 、 等的性质比较稳定
点燃 点燃
预测
常温下硅的性质也 比较稳定
等在一定条件下可以和O 二、C、S、P等在一定条件下可以和 2反应 、 、 等在一定条件下可以和 C+ O2 === CO2
电炉
高温
原理： 原理： SiO2 +2C == Si + 2CO↑
粗硅
硅的提纯原理： 硅的提纯原理：
在高温下让粗硅（ ） 氯气（ 在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2） 粗硅 反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原 反应，其产物在高温下被氢气（ 氢气 而得到较纯的硅
制粗硅
SiO2 +2C == Si + 2CO↑
硅
提 纯 硅
SiO2 +2C == Si + 2CO↑
高温
Si + 2Cl2=== SiCl4 硅 高温 SiCl4+2H2===Si+4HCl
（高 硅 99.9999999 ）
高温
硅
【阅读·小结】碳与硅化学性质比较 阅读 小结】 小结
碳（ C ）
常温下很稳定，在高温或点 常温下很稳定， 燃的条件下有较强还原性。 燃的条件下有较强还原性。 点燃 C+O2 CO2 点燃 2C+O2 2CO △ C+CO2 2CO △ C+CuO CO+Cu 高温 C+H2O(气) CO+H2 气 高温 C+2H2SO4(浓) CO2↑ 浓 +2SO2↑+2H2O △ C+4HNO3(浓) CO2↑ 浓 +4NO2↑+2H2O
光缆
水晶
黄沙（ 黄沙（SiO2）
有色玻璃
玻璃仪器
一、半导体材料与单质硅
思考： 思考：
1、什么叫半导体材料？ 、什么叫半导体材料？
导电能力介与导体和绝缘体之间的一类材料
2、最早使用的半导体材料是什么？为什 、最早使用的半导体材料是什么？ 么未能广泛使用？ 么未能广泛使用？
锗（Ge） ） 含量低、提炼复杂、 含量低、提炼复杂、代价高
高温下发生 烧结时发生复杂 复杂的物理、 复杂的物理、 物理、 物理、化学变化 化学变化 高温 高温
混合→成型→ 混合→成型→干燥 磨→烧→磨 凝结→冷却→ 凝结→冷却→陶器
SiO2 主要 CaSiO3 成分 Na SiO 2 3
硅酸二钙:2CaO·SiO2 硅酸二钙 硅酸三钙:3CaO·SiO2 硅酸三钙 铝酸三钙: 铝酸三钙 3CaO·Al2O3
化学1（必修） 普通高中课程标准实验教科书 化学 （必修）
第四章
第一节 硅 无机非金属材料
中学化学资料网 淮北市天一中学： 淮北市天一中学： 谷杰涛
硅材料
材料 世界
特殊新型材料
感光材料
荧光材料
第四章
元素与材料世界
埃迪萨克（EDSAC） 世界上第一台计算机， 世界上第一台计算机，总 质量达几十吨，占地170多 质量达几十吨，占地 多 平方米，耗电150千瓦，每 千瓦， 平方米，耗电 千瓦 秒只能完成5000次的加法 秒只能完成 次的加法 运算。 运算。 现在的计算机在质量、 现在的计算机在质量、 体积和耗电上都有很大 的变化， 的变化，计算速度甚至 达每秒几十万亿次
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新型
特性
高温结构陶瓷 生物陶瓷 压电陶瓷 光导纤维 ①耐腐蚀、耐高温 ①耐高温、高强度 耐腐蚀、 耐高温、 质脆、 ②质脆、经不起热 ②具有电学特征 冲击 ③具有光学特性 ④具有生物功能
5、新型无机非金属材料的主要品种、性 、新型无机非金属材料的主要品种、 能及用途 氧化铝（ 人造刚玉） 氧化铝（ Al2O3）陶瓷（人造刚玉） ①高熔点；②高硬度；③可制成透明 高熔点； 高硬度； 陶瓷； 无毒、不溶于水，强度高； 主要 陶瓷；④无毒、不溶于水，强度高； ⑤对人体有较好的适应性 特性 高级耐火材料，刚玉球磨机； 高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠 主要 灯的灯管、人造骨、人造牙、 灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心 用途 瓣膜、人造关节等 瓣膜、
预测
S + O2=== SO2
硅在一定条件下也 可和氧气 氧气反应 可和氧气反应
知识提示：硅原子的最外层有 个 知识提示：硅原子的最外层有4个 电子，常见的化合价为： 、 电子，常见的化合价为：0、+4
2、硅的化学性质
与氧气反应： 与氧气反应：
条件： 条件 ： 研碎 的硅、 的硅、加热
Si + O2=== SiO2
硅的化学性质不活波，但在常温下可以和 硅的化学性质不活波， 氟气（ ）、氢氟酸 氢氟酸（ ） 强碱反应 氟气（F2）、氢氟酸（HF）和强碱反应