《硅無機非金屬材料》

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1、 氧 硅H Cl H 2CO3酸 性 CO2 C60石 墨 金 剛 石 一 、 單 質 硅 與 半 導 體 材 料1 半 導 體 材 料 特 指 導 電 能 力 介 于 和 之 間 的 一 類 材 料 ，最 早 使 用 的 半 導 體 材 料 是 ， 現(xiàn) 在 使 用 最 廣 泛 的 半 導體 材 料 是 。2 硅 的 存 在 在 地 殼 里 ， 硅 的 含 量 僅 次 于 ， 全 部 以 態(tài) 存在 ， 主 要 存 在 形 式 為 二 氧 化 硅 和 。 硅 單 質 存在 同 素 異 形 體 是 和 。導 體 絕 緣 體鍺硅 硅 酸 鹽氧 化 合晶 體 硅 無 定 形 硅 3 單 質 硅(1)物

2、 理 性 質 ：顏 色 光 澤 熔 點 質 地 導 電 性 色 光 澤 灰 黑 金 屬 很 高 硬 而 脆 半 導 體有 SiO2集 成 二 、 二 氧 化 硅 和 光 導 纖 維1 二 氧 化 硅 (1)存 在 ： 二 氧 化 硅 廣 泛 存 在 于 自 然 界 中 ， 是的 主 要 成 分 。 純 凈 的 二 氧 化 硅 又 稱 。 沙 子 、 石 英水 晶(2)物 理 性 質 ：狀 態(tài) 顏 色 熔 點 硬 度 水 溶 性晶 體 溶無 色 高 大 不 (3)化 學 性 質 ： 具 有 酸 性 氧 化 物 的 通 性 ：a 常 溫 下 SiO2與 NaOH 溶 液 反 應 生 成 鹽 和 水

3、 ：SiO2 2NaOH = 。b 高 溫 下 SiO2與 堿 性 氧 化 物 (如 CaO)反 應 生 成 鹽 ：SiO 2 CaO 。Na2SiO3 H 2OCaSiO3 特 性 ：與 氫 氟 酸 (H F)反 應 ：SiO2 4H F= 。 弱 氧 化 性 ：高 溫 下 與 C反 應 ：SiO 2 2C 。SiF4 2H 2OSi 2CO 2 光 導 纖 維(1)主 要 成 分 ： SiO2。 (2)用 途 ： 用 于 、 能 量 傳 輸 、 處 理 等 ，光 纖 的 使 用 節(jié) 約 了 大 量 的 人 力 、 物 力 、 財 力 ， 且 提 高了 信 號 傳 輸 效 率 。 通 迅 信

4、 息 三 、 硅 酸 鹽 和 無 機 非 金 屬 材 料1 硅 酸 鹽(1)硅 酸 鈉 ： 其 水 溶 液 俗 稱 ， 有 黏 性 。(2)硅 酸 鹽 ： 性 質 ： 硅 酸 鹽 性 質 ， 熔 點 ， 大 都 溶 于 水 。水 玻 璃穩(wěn) 定 較 高 難 表 示 方 法 ： 硅 酸 鹽 的 組 成 比 較 復 雜 ， 常 用 氧 化 物 的 形 式 表 示 。 例 如 ：硅 酸 鈉 (Na2SiO3)可 表 示 為 ， 鈉 長 石 (NaAlSi3O8)可 表 示 為 。 2 無 機 非 金 屬 材 料 (1)傳 統(tǒng) 的 無 機 非 金 屬 材 料 硅 酸 鹽 產 品 。Na2OSiO2Na2

5、OAl2O36SiO2 水 泥 玻 璃 陶 瓷主 要成 分及 種類 硅 酸 三 鈣(3CaOSiO2)、硅 酸 二 鈣(2CaOSiO2)、鋁 酸 三 鈣(3CaOAl2O3) 普 通 玻 璃(Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2)石 英 玻 璃 、 光 學玻 璃 、 鋼 化 玻 璃 、 有色 玻 璃 、 玻 璃 纖 維 土 器 、 陶器 、 瓷 器 水 泥 玻 璃 陶 瓷主 要性 能 水 硬 性 (與 水 摻 和攪 拌 后 凝 固 變 硬 )，不 可 逆 過 程 玻 璃 態(tài) 物 質 ， 無 固定 的 熔 沸 點 ， 在 一定 溫 度 范 圍 內 熔 化 耐 氧 化 、 抗 酸堿 腐 蝕

6、、 耐 高溫 、 絕 緣典 型設 備 回 轉 窯 玻 璃 窯 陶 瓷 窯共 同特 點 高 溫 條 件 下 發(fā) 生 復 雜 的 物 理 化 學 變 化 ， 冷 卻 后 成 為成 分 復 雜 的 硅 酸 鹽 (2)新 型 無 機 非 金 屬 材 料 ：材 料 類 別 主 要 特 性 示 例 用 途高 溫 結 構陶 瓷 能 承 受 ，強 度 高 氮 化 硅 陶 瓷 汽 輪 機 葉 片 、 軸 承 、永 久 性 模 具 等半 導 體陶 瓷 具 有 特 性 氧 化 錫 陶 瓷 集 成 電 路 中 的 半 導 體光 學 材 料 具 有 特 性 光 導 纖 維 光 纜 通 訊 、 醫(yī) 療 、 照明 等生 物

7、 陶 瓷 具 有 功 能 氧 化 鋁 陶 瓷 人 造 骨 、 人 造 關 節(jié) 、接 骨 螺 釘高 溫電 學光 學生 物 1 判 斷 正 誤 。(1)自 然 界 存 在 硅 單 質 的 同 素 異 形 體 ， 性 質 較 穩(wěn) 定 。 ( )(2)單 質 硅 的 導 電 性 介 于 導 體 和 絕 緣 體 之 間 。 ( )(3)晶 體 硅 具 有 金 屬 光 澤 ， 故 它 屬 于 金 屬 材 料 ， 能 導 電 。( )(4)含 硅 的 鋼 具 有 良 好 的 導 磁 性 和 耐 酸 性 。 ( )(5)最 早 使 用 的 半 導 體 材 料 是 硅 。 ( ) 分 析 ： 硅 單 質 存 在

8、 同 素 異 形 體 ， 但 自 然 界 中 無 單 質 硅 。硅 導 電 性 介 于 導 體 和 絕 緣 體 之 間 ， 是 重 要 的 半 導 體 材 料 ，最 早 使 用 的 半 導 體 材 料 是 鍺 。答 案 ： (1) (2) (3) (4) (5) 2 用 短 線 連 接 。答 案 ： a b c d 3 玻 璃 的 主 要 成 分 之 一 是 SiO2， 下 列 物 質 貯 存 時 應 注 意 ： NaOH 溶 液 濃 H NO3 溴 Na2CO3溶 液 (堿 性 ) 氫 氟 酸 鹽 酸 水 玻 璃(1)用 玻 璃 瓶 不 能 配 玻 璃 塞 的 有 _， 可 用 玻 璃 塞

9、的 有_。(2)用 玻 璃 瓶 不 能 配 橡 膠 塞 的 有 _。(3)不 能 用 玻 璃 瓶 盛 裝 的 是 _。 分 析 ： SiO2是 酸 性 氧 化 物 ， 與 堿 反 應 生 成 硅 酸 鹽 粘 住 瓶塞 不 易 打 開 ， 濃 H NO3、 溴 具 有 強 氧 化 性 ， 能 氧 化 橡 膠 。氫 氟 酸 與 SiO2反 應 ， 腐 蝕 玻 璃 ， 不 能 用 玻 璃 瓶 盛 裝 。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氣 體 ， 現(xiàn) 象 是

10、 _，反 應 方 程 式 為 ： _，說 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 無 機 非 金 屬 材 料 _。 氧 化 鋁 陶 瓷 氮 化 硅 陶 瓷 碳 化 硅 陶 瓷 氮 化 鋁 陶 瓷 氮 化 鈦 陶 瓷 硅 化 硼 陶 瓷 二 硅 化 銅 陶 瓷 紅 色 玻 璃 鋼 化 玻 璃 光 導 纖 維 分 析 ： 新 型 無 機 非 金 屬 材 料 是 指 具 有 特 殊 結 構 、 功 能 的新 材 料 。 紅 色 玻 璃 是 在 原 料

11、 中 加 入 Cu2O使 玻 璃 呈 紅 色 ，鋼 化 玻 璃 是 把 普 通 玻 璃 放 入 電 爐 里 加 熱 ， 使 它 軟 化 ， 然后 急 速 冷 卻 而 制 成 的 ， 都 屬 于 傳 統(tǒng) 硅 酸 鹽 產 品 。答 案 ： 特 別 提 醒 (1)硅 屬 于 非 金 屬 元 素 ， 但 也 具 有 一 定 的 金 屬 性 ，如 可 導 電 、 具 有 金 屬 光 澤 等 。(2)導 電 性 ： 硅 石 墨 。(3)酸 性 強 弱 ： H 2CO3 H 2SiO3。 例 1 下 列 關 于 硅 和 二 氧 化 硅 說 法 不 正 確 的 是 ( )A 晶 體 硅 呈 灰 黑 色 ， 是

12、 具 有 金 屬 光 澤 、 硬 而 脆 的 固 體 B 硅 的 化 學 性 質 很 穩(wěn) 定 ， 但 自 然 界 里 無 游 離 態(tài) 的 硅 存在 ， 常 溫 下 可 與 其 他 物 質 發(fā) 生 反 應C 硅 和 二 氧 化 硅 都 能 與 NaOH 溶 液 反 應 D 工 業(yè) 上 用 焦 炭 在 高 溫 條 件 下 還 原 二 氧 化 硅 來 制 備 硅說 明 通 常 情 況 下 還 原 性 C Si . 答 案 D (1)自 然 界 中 存 在 游 離 態(tài) 的 碳 ， 卻 不 存 在 游 離 態(tài) 的 硅 。 (2)二 氧 化 硅 與 焦 炭 在 隔 絕 空 氣 的 條 件 下 制 取 粗

13、硅 時 ，生 成 的 是 CO而 不 是 CO2。 二 氧 化 硅 和 二 氧 化 碳 性 質 的 比 較名 稱 SiO2 CO2物 理性 質 顏 色 無 色 無 色狀 態(tài) 固 體 氣 體熔 沸 點 很 高 很 低硬 度 大 小溶 解 性 不 溶 于 水 可 溶 于 水 名 稱 SiO2 CO2化 學性 質 類 型 硅 酸 酸 酐 、酸 性 氧 化 物 碳 酸 酸 酐 、酸 性 氧 化 物與 堿(NaOH ) SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H 2O CO2 2NaOH =Na2CO3 H 2OCO2過 量 時 生成 NaH CO3 例 2 下 列 說 法 中 ， 正 確 的 是 (

14、 )A SiO2和 CO2均 由 分 子 直 接 構 成B CO2、 SiO2都 是 酸 性 氧 化 物 ， 不 與 任 何 酸 反 應 C CO2和 SiO2都 是 酸 性 氧 化 物 ， 在 一 定 條 件 下 都 能 和 氧化 鈣 反 應 D CO 2、 SiO2分 別 是 H 2CO3、 H 2SiO3的 酸 酐 ， 因 而 均 可由 CO2、 SiO2與 水 反 應 制 得 相 應 酸 解 析 SiO2直 接 由 硅 原 子 、 氧 原 子 構 成 ， CO2是 由 CO2分 子 構 成 ， A錯 ； SiO2能 與 氫 氟 酸 反 應 ， B錯 ； CO2、 SiO2與CaO反 應

15、 生 成 CaCO3和 CaSiO3。 SiO2不 溶 于 水 ， 不 能 與 水 反應 生 成 H 2SiO3， D錯 。 答 案 C 1 表 示 方 法(1)化 學 式 法 ： 如 硅 酸 鈉 (Na2SiO3)、 硅 酸 鈣 (CaSiO3)等 。 此 法 一 般 用于 組 成 比 較 簡 單 的 硅 酸 鹽 。 (2)氧 化 物 法 ： 硅 酸 鹽 的 種 類 很 多 ， 結 構 也 很 復 雜 ， 多 以 氧 化 物 形 式來 表 示 它 的 組 成 ， 通 式 為 aM xOybSiO2cH 2O。 當 金 屬 不 止 一 種 時 ， 先 寫 活 潑 金 屬 ， 再 寫 較 活 潑

16、 金屬 ， 然 后 是 二 氧 化 硅 ， 最 后 寫 水 。 氧 化 物 化 學 式 之 間 用 “”隔 開 ， 化 學 式 前 的 系 數(shù) 只 能取 整 數(shù) ， 且 只 代 表 該 氧 化 物 本 身 。 氧 化 物 前 系 數(shù) 配 置 原 則 ： 除 氧 元 素 外 ， 其 他 元 素 盡量 按 配 置 前 后 原 子 個 數(shù) 守 恒 原 則 配 置 系 數(shù) 。例 如 ： 硅 酸 鈉 ： Na 2SiO3Na2OSiO2，石 棉 ： Mg3Ca(SiO3)4CaO3MgO4SiO2。 2 硅 酸 鈉 (1)物 理 性 質 ： 可 溶 于 水 ， 水 溶 液 俗 稱 “水 玻 璃 ”。 “

17、水 玻璃 ”具 有 很 強 的 黏 合 性 ， 是 建 筑 行 業(yè) 常 用 的 黏 合 劑 。 (2)化 學 性 質 ： 易 與 酸 反 應 。 與 強 酸 反 應 ： Na2SiO3 2H Cl=2NaCl H 2SiO3。 與 CO2反 應 ： CO2不 足 ， Na2SiO3 CO2 H 2O=Na 2CO3 H 2SiO3； CO2過 量 ， Na2SiO3 2CO2 2H 2O=2NaH CO3H 2SiO3。 特 別 提 醒 (1)由 于 硅 酸 鹽 組 成 復 雜 ， 用 氧 化 物 表 示 其 組 成 只 是為 了 簡 化 對 硅 酸 鹽 組 成 的 表 示 ， 不 能 理 解

18、 成 硅 酸 鹽 以 氧化 物 形 式 存 在 。 (2)硅 酸 (H 2SiO3)是 一 種 難 溶 于 水 的 白 色 膠 狀 物 ， 酸性 比 碳 酸 還 弱 ， 硅 酸 受 熱 分 解 為 二 氧 化 硅 和 水 。 硅 酸 失去 部 分 水 后 得 硅 膠 。 例 3 高 嶺 土 的 組 成 是 ： Al2Si2Ox(OH )y， 其 中 x、 y的值 分 別 是 ( )A 7、 2 B 5、 4C 6、 3 D 3、 6 答 案 B (1)硅 酸 鹽 中 ， 氧 原 子 與 其 他 原 子 具 有 一 定 配 比 關 系 。(2)各 元 素 正 負 化 合 價 代 數(shù) 和 為 零 。