第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料

第1課時(shí)

硅及其化合物處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置半導(dǎo)體材料硅的原子結(jié)構(gòu)硅原子和碳原子的最外電子層均有4個(gè)電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。Si+14842+642C硅在地殼中含量?jī)H次于氧，位于第二位。硅的存在形式硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。硅是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態(tài)存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。自然界無(wú)單質(zhì)硅。硅單質(zhì)有兩種不同形態(tài)——無(wú)定形硅和晶體硅。無(wú)定形硅又叫作非晶硅，是黑棕色的微晶體，而晶體硅則是有明顯金屬光澤的鋼灰色半導(dǎo)體材料。然而，它們化學(xué)性質(zhì)又很相似，在高溫下都能與某些金屬反應(yīng)，生成硅化物。晶體硅的用途集成電路晶體管Si導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料。硅太陽(yáng)能電池電腦中央處理器（CPU）電子芯片硅的制備a.SiO2+2C====Si+2CO↑(粗硅)高溫b.Si+3HCl

====SiHCl3+H2高溫c.SiHCl3+H2

====Si+3HCl（高純硅）高溫若C過(guò)量：SiO2+3C====

SiC+2CO↑高溫碳化硅(俗名：金剛砂)工業(yè)上用焦炭還原石英砂可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅提純?nèi)绾沃苽涓呒兌鹊墓?？SiO2的晶體結(jié)構(gòu)晶體Si的結(jié)構(gòu)硅和SiO2都是正四面體結(jié)構(gòu)性質(zhì)很穩(wěn)定二氧化硅二氧化硅（SiO2）的晶體結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)：難溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不活潑。為什么硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)？在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過(guò)頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。二氧化硅（SiO2）存在形式結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形——硅藻土水晶瑪瑙二氧化硅的存在①酸性氧化物與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽SiO2+CaO====

CaSiO3

高溫與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水SiO2+2NaOH

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Na2SiO3+H2O③與HF的反應(yīng)（SiO2的特性）SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O②不與水反應(yīng)與某些鹽的反應(yīng)SiO2+Na2CO3

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Na2SiO3+CO2↑

高溫二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)雕刻玻璃，你會(huì)嗎？SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O實(shí)驗(yàn)室不用玻璃瓶盛裝氫氟酸??！生產(chǎn)玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂(主要成分為SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。SiO2+Na2CO3

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Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫高溫思考交流工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說(shuō)明碳的還原性大于硅？提示：氧化性、還原性的強(qiáng)弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強(qiáng)弱。C和Si第IVA族，同族元素從上至下，對(duì)應(yīng)元素的非金屬性減弱，單質(zhì)的氧化性減弱。SiO2+2C====Si+2CO↑(粗硅)高溫實(shí)驗(yàn)室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O思考交流思考交流某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與堿反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，推斷SiO2為兩性氧化物是否正確?不正確。因?yàn)槎趸韪鷼浞岱磻?yīng)產(chǎn)物不是鹽和水，所以不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。硅酸鈉Na2SiO3硅酸鈉溶液加熱失水后會(huì)變成白色發(fā)泡狀固體，另外硅酸鈉溶液呈堿性—

一俗稱泡花堿Na?SiO?硅酸鈉——純凈物泡花堿不是堿，是鹽，但它的水溶液呈堿性。Na?SiO?硅酸鈉的水溶液——俗稱水玻璃——混合物硅酸鈉溶液具有粘性，試劑瓶不能用玻璃塞。二氧化硅的用途SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著。光導(dǎo)纖維（通信）石英坩堝玻璃儀器精美瓷器最初，我國(guó)化學(xué)啟蒙先驅(qū)徐壽在《化學(xué)鑒原》中將硅元素依照“Silicon”的發(fā)音譯作“矽”。到20世紀(jì)初，日本學(xué)者翻譯的名稱“珪土”也傳入中國(guó)。為了統(tǒng)一名稱，1933年民國(guó)教育部《化學(xué)命名原則》確認(rèn)以“矽”為準(zhǔn)確名稱