資源簡介

(共26張PPT)
第五章化工生產中的重要非金屬元素
第三節無機非金屬材料
5.3.2 新型無機非金屬材料
新型無機非金屬材料
新型無機非金屬材料突破了傳統的硅酸鹽體系， 常見類型有兩種。
高純度的含硅元素的材料：如單晶硅、二氧化硅 等，具有特殊的光學和電學性能，是現代信息技術 的基礎材料。
一些含碳、氮元素的物質。如碳化硅、氮化硅等， 在航天、能源和醫療等領域有著廣泛的應用。
一、硅
●硅元素含量僅此于氧，位于元素周期表第三周期、第 IVA 族。
● 單質硅是灰黑色具有金屬光澤的固體。
主要形成四價的化合物
Si
第三周期、第IVA族 2
4
Be
12
Mg
20
Ca
54
13 14 Xe
Al Si
鋁 硅 14) 28436
26.98 28.09 Rn
18
Mc Lv 下 Og
2 思 考】硅的結構(原子結構示意圖、元素周期表位置 ) ,
推測硅及其化合物對應的性質
Si
SiO
H SiO
Na SiO
C
CO
H CO
Na CO
1
H
3
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55 Cs
87
Fr
III A
5
B
硼 10.81
49 In
81 TI
113 Nh
5
B
13 AI
31
Ga
38 Sr
56 Ba
88 Ra
Ne
L8
Ar
36
Kr
5
s
8
P
11 FI
6
C
碳 12.01
+6
He
IV A
3
c
10
2
一、硅
1、硅元素的存在
-----氧化物、硅酸鹽
硅元素含量在地殼中居第二位。
Si— 統治無機礦物界：硅是構成巖石與許多礦物的基本元素。
C—統治有機界：碳是構成有機物的主要元素。
Si是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧相互化合的，因此Si都以“化合
態”存在于自然界，巖石、沙子、土壤，約占地殼總量的90%以上。
氧48.60%
鉀2.47% 鐵2.00%- 氫0.76% 其他1.20%
硅26.30%
鋁7.73% 鐵4.75% 鈣3.45% 鈉2.74%
2、晶體硅的結構與物理性質
結構類似于金剛石，帶有金屬光澤的灰黑色固體， 晶體硅為原子晶體，熔點高、硬度大、有脆性，導電性 介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，高純度 硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。
金剛石和晶體硅的結構相似。
在晶體中，每個碳硅原子都以 共價鍵與相鄰4個碳(硅)原 子結合，形成正四面體的立體 網狀。所以，金剛石和晶體硅 的熔沸點都很高，硬度也很大。
Si原子
一、硅
3、硅的化學性質
在常溫下只能與氟氣(F ) 、HF、氫氧化鈉反應，加熱時能與O 、Cl 反應。
①常溫下三反應
Si+2F =SiF 個
Si+2NaOH+H O=Na SiO +2H 個
Si+4HF=SiF 個+2H 個
②還原性：加熱(高溫)三反應
Si+Cl 型siCl (常溫下為液體)
加熱
Si+O ==SiO
高 溫
Si+C==SiC ( 金 剛 砂 )
①良好的半導體材料； ②太陽能電池； ③計算機芯片
4、硅的用途 教材P22
教材-22頁【資料卡片】 如何制備高純度的硅
工業上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其 為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉化為三氯硅烷(SiHCl ), 再經H 還 不 百 但 云 立 結 去
目前提得最純的元素是半導體材料硅。
其純度已達到12個“9”,即99.9999999999%。
雜質含量不超過一千萬億分之一。
粗硅在高溫下跟氯 粗硅的制取 SiO +2C 1800~2000℃ Si+2CO 個
氣反應生成一種液體
物質，經蒸餾提純后， 應Si+3HC1300℃ SiHCl +H 1
再用氫氣還原制得純 粗硅的提純
硅。 H 還原SiHCl +H 100CSi+3HC1
HCl 反
粗硅與
ru丁
光導纖維的原理
字習原來如此有趣blLb
光導纖維被認為是20世紀最偉大的發明之一，它使信息高速公路在
全球迅猛發展。光導纖維的主要成分是什么 堿性環境下，光導纖維為 什么會失去傳播信號的能力 SiO
思考與討論
二、二氧化硅SiO
1、存在形態
水晶 水晶
天然的 結晶形(石英晶體)瑪瑙
(硅石) 無定形 硅藻土
天然的二氧化硅也叫硅石。
石英晶體是結晶的二氧化硅。
石英、水晶的主要成分都是SiO
硅藻土
瑪瑙
SiO
物質 SiO
CO
狀態(常溫) 固體
氣體
熔點 高 1610℃
-56.6℃
沸點 高 2230℃
-78.5℃
水溶性 難溶
1:1
硬度 大
二 、二氧化硅SiO
2、物理性質
思考：為什么SiO 和CO 的物理性質差異很大
表示二氧
體的立體網狀結構。
SiO 華佳的組碳 決定了SiO 具有優良的
成(化學式)
物理和化學性質
體 結 構
每1個Si原子周圍結合4個O 原子，同時每1個O 原子周圍結
合2個Si原子相結合，所以SiO 晶體是以1:2的比例組成正四面
0 2
分子晶體
二、二氧化硅SiO
共價晶體
正四面體的立體網狀結構
物理性質
硬度大，熔點高，
難溶于水
二、二氧化硅SiO
結構決定性質
化學性質
與強堿溶液反應： SiO +2NaOH==Na SiO +H
與堿性氧化物反應：SiO +Na O 溫 =Na SiO 高溫
與碳酸鹽反應SiO +Na CO == a SiO +CO
SiO +CaCO ====CaSiO +CO
②弱氧化性 SiO +2c 溫 si+2Cof 工業制粗石
溫
N
③與HF 反 應——唯一能與SiO 反應的酸 SiO +4HF==SiF 個+2H O
用氫氟酸“刻”出的玻璃工藝品
—→ 刻蝕玻璃
裝堿性溶液的試劑瓶用橡 膠塞
3 、SiC
①酸
光導纖維被認為是20世紀最偉大的發明之一，它使信息高速公路在
全球迅猛發展。光導纖維的主要成分是什么 堿性環境下，光導纖維為 什么會失去傳播信號的能力 SiO
思考與討論
深度思考
1、堿性環境下，光導纖維為什么會失去傳播信號的能力 用離子方程式表示。
SiO +2OH-=SiO -+H O
2、能否用玻璃試劑瓶盛氫氟酸，為什么 應用什么瓶盛放 不能。因為玻璃瓶中含有的SiO 會與HF 反應，最好用特制的塑料瓶。
3 、SiO 既能與HF酸反應又能和NaOH反應，所以它是兩性氧化物 不是
4、用什么試劑可以除去SiO 中混有的CaO 雜質 鹽酸
5、根據SiO +CaCO CaSiO +CO ^,能否說明碳酸的酸性比硅酸弱：否
6、根據SiO +2C=高溫=Si+2CO個，能否說明C的非金屬性強與Si 否
NO SIGNAL
4、SiO 的用途 教材P23
(1)建筑材料
(2)制作首飾與工藝品(水晶、瑪瑙、瓷器) 建筑材料
(3)制作光學儀器(石英玻璃、石英坩堝)
(4)生成光導纖維
石英坩堝
光導纖維
光學纖維胃鏡
課堂練習
將過量的CO 分別通入：
①CaCl 溶液；②Na SiO 溶液；③Ca(OH) 溶液；
④飽和Na CO 溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是(B)
A.①②③④ B.②④ C.①②③ D.②③
三 、新型陶瓷P23
與傳統陶瓷相比，新型陶瓷在成分上有很大的變化，不再局限于傳統 的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學等方面有很多新的特性和功能。
高溫結構陶瓷(SiC、Si N )
壓電陶瓷
透明陶瓷
超導陶瓷
新型陶瓷
A.高溫結構陶瓷
①用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗
B. 壓電陶瓷
②主要用于電力、交通、醫療等領域
C. 透明陶瓷
③用于濾聲器、揚聲器、超聲波探傷器
D. 超導陶瓷
④用于火箭、汽車發動機和耐高溫材料
課堂練習
常見新型陶瓷及其用途(連線)
C 0是富勒烯的代表物，C 0的發現為納米科學提供了重要的研究對象，開 啟了碳納米材料研究和應用的新時代。
石墨烯
富勒烯的代表物C 0
碳納米管
四、納米材料P23
四、納米材料P23
類別 成分 性能
應用
富勒烯 由碳原子構成的 一系列籠形分子
納米汽車
碳納米管 由石墨層卷成的 管狀物，具有納 米尺度的直徑 比表面積大，強 度高、優良電化 學性能
復合材料、電池 傳感器
石墨烯 只有一個碳原子 直徑厚度的單層 石墨 電阻率低、熱導 率高，高強度
光電器件、超級 電容器、電池和 復合材料
四 、納米材料
跟蹤強化
【教材P25 T2】
2.下列物品或設施：
①陶瓷餐具②磚瓦③混凝土橋墩④門窗玻璃⑤水晶鏡片
⑥石英鐘⑦水晶項鏈⑧硅太陽能電池⑨光導纖維⑩計算機芯片
(1)使用了硅單質的是 (填序號，下同)。
(2)使用了二氧化硅的是 ③④⑤⑥⑦⑨
(3)使用了硅酸鹽材料的是

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