高中化学 第四章 元素与材料世界 第1节 硅无机非金属材料学案（2）鲁科版必修1

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1、第1节硅无机非金属材料知识·巧学·升华一、无机非金属材料无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。材　料品种示例传统无机非金属材料水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等陶　瓷黏土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等玻　璃硅酸盐、硼酸盐、氧化物、硫化物和卤素化合物玻璃等搪　瓷钢片、铸铁、铝和铜胎等多孔材料硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料石墨、焦炭和各种碳素制品等非金属矿黏土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等新型无机非

2、金属材料高频绝缘材料氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等铁电和压电材料钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等磁性材料锰-锌、镍-锌、锰-镁、锂-锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等导体陶瓷钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过渡金属元素氧化物系材料等光学材料钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物生物陶瓷长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等二、半导体材料与单

3、质硅1．半导体材料半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。使用最早的半导体材料是锗（Ge）。使用最广泛的半导体材料是硅（Si）。常见的半导体材料还有镓（Ga）、（Se）、砷化镓（GaAs）等。2．硅（1）硅的存在自然界中无天然存在的硅单质，硅元素通常存在于SiO2和硅酸盐中。硅单质都是人工制得的。硅（2）硅的物理性质晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体。记忆要诀金属光泽灰黑硅，半导材料硬而脆。（3）硅的化学性质①常温下，Si的化学性质不活泼，常温下，Si跟强酸不反应。但能发生下列反应：Si+2

4、F2══SiF4Si+4HF══SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O══Na2SiO3+2H2↑②加热条件下，Si能跟某些非金属反应：Si+O2SiO2Si+2Cl2SiCl4常温下，SiF4是气体，SiCl4是液体，SiO2是固体。（4）硅的制取SiO2+2CSi（粗）+2CO↑Si（粗）+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si（纯）+4HCl（5）硅的用途硅三、二氧化硅和光导纤维1．SiO2的物理性质和结构SiO2熔点高、硬度大。透明的石英晶体就是水晶，常用来制造电子部件和光学仪器。要点提示SiO

5、2广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分都是SiO2。2．SiO2的结构SiO2晶体是由Si原子和O原子构成的。每个O原子周围连接着2个Si原子，成直线型。每个Si原子周围连接着4个O原子，构成以Si原子为中心的正四面体型，4个O原子分别位于正四面体的4个顶点上（虚线示型）：每个Si原子通过O原子与周围的4个Si原子连接着，形成1个大的正四面体（虚线示型）：每个最小的Si－O原子环上有12个原子（6个Si原子和6个O原子），该Si－O原子环上的原子不在同一平面上。要点提示注意此处空半格去掉SiO2晶体中的O原

6、子，所得即为Si晶体；将Si晶体中的Si原子看作C原子，所得即为金刚石晶体。3．SiO2的化学性质（1）SiO2具有酸性氧化物的通性，是H2SiO3的酸酐——硅酐。①跟碱反应生成盐和水：2NaOH+SiO2══Na2SiO3+H2O玻璃中含有SiO2，但光滑的玻璃与NaOH不反应，而磨砂的玻璃能与NaOH（aq）等碱溶液反应。②跟碱性氧化物反应生成盐：CaO+SiO2高温CaSiO3，（2OH－+SiO2══+H2O）（2）SiO2的特性①SiO2能跟氢氟酸反应：SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O②SiO

7、2不溶于水，也不跟水反应：H2O+SiO2══H2SiO3（×）4．SiO2的用途SiO25．二氧化碳和二氧化硅的比较酸性氧化物构　成物理性质化学性质CO2CO2分子气体熔沸点低，溶于水酸性氧化物与H2O反应生成碳酸SiO2硅原子，氧原子，无SiO2分子固体熔沸点高；硬度大，不溶于水酸性氧化物不与H2O反应，能与氢氟酸反应四、硅酸盐与无机非金属材料1．硅酸盐的表示方法硅酸盐通常表示为氧化物形式：金属氧化物·非金属氧化物·水。金属性活泼的元素的氧化物要排在前面。2．玻璃（1）生产普通玻璃的主要原料：纯碱、石灰石和

8、石英。（2）生产普通玻璃的主要反应原理：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑（3）普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。（4）形形色色的玻璃①有色玻璃：a．蓝色玻璃：普通玻璃中加入了Co2O3。b．红色玻璃：普通玻璃中加入了Cu2O。②变色玻璃：普通玻璃中加入了AgI、AgBr等。③光学玻璃：普通玻璃中加入了Pb