高一化学-知识点总结-必修一-4.1-硅-无机非金属材料.doc

4.1 硅 无机非金属材料
一、半导体材料:
1、半导体材料是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。
2、最早使用的半导体材料是锗。
3、目前使用最广泛的半导体材料是硅。
二、硅：
1、存在形式：
Ø 硅在地壳中的含量仅次于氧，排名第二位
Ø 硅在自然界中只仅以化合态存在，主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐
2、分类：单质硅分为晶体硅和无定形硅（即非晶体硅）两种
3、物理性质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体
4、化学性质：
(1) 常温下：化学性质稳定，不活泼，除了跟氟气，氢氟酸，强碱
反应外，基本不跟其它物质反应（比如氧气，强酸等）
A、硅跟氟气：Si＋2F2＝SiF4
B、硅跟氢氟酸：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
C、硅跟强碱（以NaOH为例）：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
(2) 加热时：在加热条件下，硅可以和氧气、氯气等反应
A、硅与氧气：Si＋O2SiO2
B、硅与氯气：Si＋2Cl2SiCl4
5、硅的制备：
(1) 粗硅的制取：常用焦炭在高温下还原二氧化硅，制得粗硅，
方程式为：
(2) 粗硅提纯：将粗硅在高温下和氯气生成四氯化硅（液态），四氯化硅经分馏提纯后，再用氢气还原，即可值得高纯度的硅，
方程式为：Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4 SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl
6、硅的用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等
三、二氧化硅
1、存在形式：二氧化硅广泛存在自然界中，是沙子、石英的主要
成分，其中透明的石英晶体俗称水晶。
2、物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。
3、结构：立体网状结构，SiO2属于原子晶体，直接由原子构成，
不存在单个SiO2分子。
4、化学性质：
SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应：
(1) 酸性氧化物：可以和碱反应生成盐和水，可以和碱性氧化物反应
Ø 与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，应用橡皮塞）。
Ø 高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3
(2) 弱氧化性：比如粗硅的制取就是利用二氧化硅的弱氧化性。
方程式为：
(3) 与氢氟酸反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O（利用此反应，氢氟酸能雕刻玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。
5、用途：光导纤维、压电材料等
四、硅酸（H2SiO3）：
1、物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸水能力强。
2、化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，其酸酐为SiO2，但SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：（强酸制弱酸原理）
Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）
3、用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。

五、硅酸盐:
1、简介: 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，是传统的无机非金属材料。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，可以作黏胶剂和木材防火剂。硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓（有白色沉淀生成）
2、物理性质：硅酸盐，熔点高，大多数难溶于水，
3、表示方法：
(1) 化学式法：对于简单的硅酸盐，一般直接用化学式来表示，
比如：硅酸钠，硅酸钙等。
(2) 氧化物法：对于复杂的硅酸盐，一般用氧化物的形式来表示，
但是并不是说硅酸盐就是由各种氧化物组成，其表示方法为：
A、先找出组成硅酸盐的组成元素，写成氧化物的形式，氧化物前面用系数来使原子个数前后守恒，其中系数只能是整数，各氧化物之间用·隔开，比如：正长石：KAlSi3O8不能写成 K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2
B、当氧化物的种类有很多种时，一般按照活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水的顺序来写，其中金属氧化物的活泼性为氧化钾元>氧化钠>氧化钙>氧化铝
4、硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷
(1) 玻璃：
A、生产普通玻璃的主要原料：纯碱、石灰石、石英
B、生产设备：玻璃熔炉
C、形成玻璃的过程中的主要化学变化：
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
D、普通玻璃的主要成分：硅酸钠、硅酸钙、石英
E、种类：普通玻璃、铅玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等。
Ø 其中铅玻璃因为折光率好，经常用作光学元件
Ø 有色玻璃：蓝色加入氧化钴，红色加入氧化亚铁
Ø 钢化玻璃：玻璃加热后，急剧冷却形成的
(2) 水泥
A、 生产水泥的主要原料：黏土、石灰石
B、 普通水泥的主要成分：硅酸三钙（3 CaO·SiO2）、
硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3 CaO·Al2O3）。
C、水泥的特点：具有水硬性
D、水泥的用途：用作钢筋混凝土（水泥、沙子、碎石的混合物
叫做混凝土）
(3) 陶瓷：
A、陶瓷是最早使用的硅酸盐产品
B、制造陶瓷的主要原料：黏土
C、陶瓷的优点：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等
D、新型陶瓷材料：
Ø 高温结构陶瓷：主要包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷
Ø 生物陶瓷：氧化铝陶瓷等
Ø 压电陶瓷：能将极其微弱的机械振动转换成电信号
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