第四章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料1．了解硅的物理性质、化学性质。2．了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。3．了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能和用途。一、单质硅与半导体材料1．半导体材料。(1)半导体材料的特点：特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。(2)常见的半导体材料：最早使用的半导体材料是锗(Ge)，现在最广泛使用的半导体材料是硅。2．单质硅。(1)硅的存在。在地壳里，硅的含量仅次于氧，全部以化合态存在，主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐。(2)物理性质。①单质硅有晶体硅和无定形硅两种。②晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。③单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。(3)化学性质。常温下，硅的化学性质不活泼，但在加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应，反应的化学方程式分别为Si＋O2=====SiO2，Si＋2Cl2=====SiCl4。3．硅的制取。用焦炭在电炉中还原可得粗硅，化学方程式为SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。4．硅的用途。用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等，其合金用于制造变压器铁蕊和耐酸设备等。二、二氧化硅与光导纤维1．二氧化硅的存在。二氧化硅广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。纯净的二氧化硅又称水晶。2．二氧化硅的物理性质。纯净的二氧化硅晶体无色，熔点高，硬度大，难溶于水。3．二氧化硅的结构。SiO2晶体是由Si原子和O原子按1∶2构成的，每个Si原子结合4个O原子．每个O原子结合2个Si原子。4．二氧化硅的化学性质。(1)具有酸性氧化物的通性。a．常温下SiO2与NaOH溶液反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。b．高温下SiO2与碱性氧化物(如CaO)反应生成盐：SiO2＋CaO=====CaSiO3。(2)特性。与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。5．光导纤维。(1)主要成分：SiO2。(2)用途：用于通讯、能量传输、信息处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。三、硅酸盐与无机非金属材料1．硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。常见的硅酸盐产品有玻璃、水泥、陶瓷等。2．玻璃。(1)制造普通玻璃的主要原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。(2)制造玻璃的设备为玻璃熔炉。(3)反应的化学方程式为CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。根据反应SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑能否说明硅酸酸性比碳酸强？答案：不能。酸性强弱的判断应根据水溶液中发生的反应，硅酸酸性比碳酸弱。3．水泥。(1)生产原料：石灰石和黏土。(2)普通水泥的主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等。(3)水泥的特点是水泥具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。4．陶瓷。(1)生产原料：黏土等天然硅酸盐。(2)分类。①陶器：疏松多孔有吸水性，有色、施釉。②瓷器：制作时原料纯度较高；烧结温度也较高。因此组织致密，几乎不吸水，色白，耐酸碱侵蚀。四、新型无机非金属材料分类举例高温结构陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷生物陶瓷氧化铝(Al2O3)陶瓷、氧化锆(ZrO2)陶瓷压电陶瓷以钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分1．下列关于硅及硅的化合物的叙述中正确的是(D)A．粗硅制备时，发生的反应为：C＋SiO2=====Si＋CO2↑B．硅元素在地壳中的含量居第二位，自然界中既有游离态的硅，又有化合态的硅C．水晶项链和瓷盘都是硅酸盐产品D．二氧化硅是制造光导纤维的重要原料解析：制备粗硅反应产物为CO，不是CO2，A错误。自然界中无游离态的硅，只有化合态，B错误。水晶项链的成分主要是SiO2，C错。2．下列说法正确的是(B)A．单质硅能在空气中稳定存在B．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳C．二氧化硅可用作半导体材料D．SiO2不能与水反应生成H2SiO3，所以SiO2不是酸性氧化物解析：硅可与氧气在一定条件下发生反应，单质硅不能在空气中稳定存在；硅可用作半导体材料；SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和水，SiO2是酸性氧化物。3．在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是(D)...
