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1、第四章 元素与材料世界 第1节 硅 无机非金属材料 半导体材料与单质硅导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的是Ge，现在是Si、Se、Ga等。 什么是半导体材料？一、硅含量：地壳中第二，为 26.3%。硅（Si）1、含量和存在：n地壳中含量仅次于氧，居第2位；n在自然界只以化合态存在。n单质硅有晶体硅和无定形硅两种。 2、物理性质：n晶体硅是灰黑色、有金属光泽、熔沸点高、 硬度大的固体，是重要的半导体材料。二氧化硅和硅酸盐根据非金属单质C的性质， 预测非金属Si的性质？C （金刚石）Si结构特点存在形式物理性质化学性质空间网状 正四面体空间网状 正四面体单质、碳酸盐、CO2SiO2
2、 、硅酸盐硬度大，熔沸点高有金属光泽的黑色固 体，硬度大，熔沸点 高常温下性质稳定常温下性质稳定硅（Si）3、化学性质：不活泼n常温下，只与F2、HF、强碱反应Si + 2F2 = SiF4Si + 4HF = SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2硅（Si）3、化学性质：不活泼n加热条件下，与某些非金属反应Si + O2 SiO2Si + 2Cl2 SiCl4高温Si + C SiC高温(碳化硅，俗称 金刚砂)，制造 砂轮、砂纸硅（Si）4、工业制法n自然界中没有游离态的硅，只有是SiO2 和硅酸盐 SiO2 + 2C Si(粗) + 2CO（
3、电炉）高温Si(粗) + 2Cl2 SiCl4高温SiCl4 2H2 Si(纯) + 4HCl高温（分馏提纯）高纯硅的一般纯度要求达到99.9999%，甚至达到 99.9999999%以上。硅（Si）n 5、用途n 制造半导体材料、晶体管、集成电路n硅整流器、 太阳能电池n 硅合金钢： n 含硅4 - 变压器铁芯n 含硅15- 耐酸钢二、二氧化硅（SiO2）1、存在： 石英和沙子 天然的分为晶体和无定形两类。晶体：石英无定形水晶玛瑙SiO22、物理性质：n熔点高，硬度大，不溶于水的固体。n纯净的二氧化硅无色透明(水晶)二氧化硅（SiO2）3、化学性质： 酸性氧化物的通性SiO2 + 2NaOH
4、 = Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO CaSiO3 高温高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高温二氧化硅（SiO2）盛碱液的 试剂瓶用 橡胶塞特殊性：不能与水化合生成酸3、化学性质：n弱氧化性n特性SiO2 + 2C Si+ 2CO高温二氧化硅（SiO2）- 与氢氟酸反应，用于刻蚀玻璃 SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 思考：能否用玻璃试剂瓶盛氢氟酸，为什么？ 应用什么瓶盛放？二氧化硅（SiO2） 4、用途及危害（106页） 用途：制光导纤维、石英玻璃、石英钟表等 ；制造电子工业中的重
5、要部件、光学仪器、 高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐 磨器皿等；制作装饰品。 危害：在隧道开凿，石英粉加工等工作环境 下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入 含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称 矽肺）。4、用途及危害用途：制光导纤维、石英玻璃、石英钟表 等制造电子工业中的重要部件、光学仪器、 高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐 磨器皿等；制作装饰品。三、硅酸（H2SiO3)实验41：在试管中加入1ml饱和Na2SiO3溶液 ，用78滴水稀释，再滴入12滴酚酞溶液，再用 胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红 色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过 程及其现象。加入酚酞
6、后，溶液变红，再加入盐酸，红色变浅逐渐消失，可以观察到丁达尔效应。实验41现象：在饱和Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸产生白色胶状沉淀结论：Na2SiO3的水溶液呈碱性；Na2SiO3和盐酸反应生成硅酸。反应方程式：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4 (也可以) 弱酸性（酸性 H2SiO3 H2CO3）不能使指示剂变色 白色胶状，难溶于水Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3脱水形成硅胶（用作干燥剂）（2）性质 ：H2SiO3+ 2NaOH = Na2SiO3+ 2H2O不稳定H2SiO3 = SiO
7、2+ H2O四、硅酸盐硅酸盐是一种结构复杂的物质，一般由硅、 氧、金属元素组成的化合物，一般不溶于水，硅 酸盐熔点高，化学性质很稳定，不活泼。1、 硅酸钠（Na2SiO3）可溶于水，其水溶液俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂、肥皂填料、黏胶剂等 Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaClNa2SiO3 + H2O + CO2 = H2SiO3 + Na2 CO3 2、硅酸盐用氧化物形式表示组成硅酸钠（Na2SiO3)镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石Ca(Al2Si3O10) 3H2O活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O正长石 (KAlSi3O8)K2O Al2O3 6SiO2SiSiO2H2SiO3Na2SiO3SiF4SiCl4SiCCaSiO3硅及其化合物之间的转化关系书写各步化学方程式是离子反应的改写 离子方程式
