硅 化学课件.txt

1、 本文由NS34GP贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。地壳中元素含量排布 地壳中元素含量排布无机非金属材料的主角 硅硅元素在自然界中的存在由于硅是一种亲氧元 素，在自然界中它总是 与氧相互化合，所以在 与氧相互化合， 氧化气氛包围的地球上， 氧化气氛包围的地球上， 硅主要以熔点很高的氧 硅主要以熔点很高的氧 化物（ 化物（SiO2）及硅酸盐 的形式存在。 的形式存在。1823年由贝采里乌斯 1823年由贝采里乌斯 J.J.Berzelius） （J.J.Berzelius）在瑞典制得一、硅1.物理性质 1.物理性质 单质硅有晶体硅和无定形两

2、种。结 两种。 金属光泽的 构类似于金刚石，是带有金属光泽的灰黑色 构类似于金刚石，是带有金属光泽 固体，熔点1410，硬 、有 性。 固体，熔点1410 硬 、有 性。 于金属与非金属的 。晶体 于金属与非金属的 。 硅的 性 于 体和 体 ， 硅的 性 于 体和 体 ，是 的 体材料。 的 体材料。 体材料下的硅 两 结构一 ， 是 体 结构2.硅的化性质 2.硅的化性质? ? ? 硅有4currency1 ， 硅有4currency1 ， 不“ ， 不“ ，不“得 currency1 ， 可得4currency1 ， 氧化性 currency1 ， 可4currency1 ， fi性化性

3、质不fl ，气、酸 化性质不fl ，气、 和 ，硅不物质（氧气、”气、 和 ，硅不物质（氧气、”气、 酸、酸） 。在件下， 酸、酸） 。在件下，能 一非金属 。 一非金属 。与气 () Si+2F2=SiF4 与气 () 与酸 () Si+4HF=SiF4+2H2 与酸 () 与 () 与 () Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 与”气 与”气 Si+2Cl2 = SiCl4 与氧气 Si+O SiO 与氧气 2= 2 硅与 Si+2Mg = Mg2Si 硅与 (7)硅fi氧化 (7)硅fi氧化 高 Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe 氧 ，或 中的硅） （ 氧 ，或

4、 中的硅）化性 与非 金属 与 点 CSi高C + O2 = CO2 与Cl2不 C + 2H2 = CH4 不 高Si + O2 = SiO2 Si +2F2 = SiF4() ) Si +2Cl2 = SiCl4 Si +2H2 = SiH4 Si+2NaOH+2H2O= Na2SiO3+ 2H2 () ) Si+4HF=SiF4 +2H2() ( ) (Si不与它酸 ) (Si不与它酸 不与它酸 )高 高 高与酸 C+2H2SO4( ) 4( = CO2+2SO2 +2H2O 与氧 化物 C + CO2 = 2CO 3C + 2Fe2O3 = 4Fe+ 3CO2高 高Si + 2FeO

5、= 2Fe+ SiO23.硅的制 （ ） 3.硅的制 （ ） 硅的制 高 制 硅 制 硅 2C + SiO = Si + 2CO2硅 Si +2Cl2 = SiCl4 硅 高高SiCl4+ 2H2 = Si +4HCl金属中 质，熔点一 金属 。 金属中 质，熔点一 金属 。 金属 熔 固化 ，先结晶的是高熔点的 金属。 一理， 熔 固化 ，先结晶的是高熔点的 金属。 一理， 的一 金属材 在式中， 的一 金属材在式中，在 一currency1可以 动的环，要 的金属材料先在式的 端， 动的环，要 的金属材料先在式的 端， 使区域熔 。然 环以极慢的速 从端向 动， 使区域熔 。然 环以极慢的

6、速 从 端向 动， 金属材料的区域熔 区的端成 固化区， 端成 相区。 金属材料的区域熔 区的 端成 固化区， 端成 相区。 在端固化区中先结晶的必定是熔点较高的金属。 在 端固化区中先结晶的必定是熔点较高的金属。由于熔 区 端的 较 端 高。环向 端 动 ， 端的 较 端 高。环向 端 动 ， 把材料中的 质从 “ 向 端果环一次又一次地从 向 动， 质从 “ ”向 端果环一次又一次地从 向 动， 则材料中的质一次又一次地向 推 ， 则材料中的质一次又一次地向 推 ， 金属材料的 端可 得到 较高的物质。 种方法称 区域熔 法( 得到 较高的物质。 种方法称区域熔 法(或称区域熔 法)。单晶

7、硅和多晶硅的区别是， 单晶硅和多晶硅的区别是，熔 的单质硅凝固 硅以金刚石晶格排列成许多晶核， ,硅以金刚石晶格排列成许多晶核，果 硅以金刚石晶格排列成许多晶核 晶核长成晶 取向相同的晶粒， 晶核长成晶 取向相同的晶粒，则形成单晶 果 晶核长成晶 取向不同的晶粒， 硅。果 晶核长成晶 取向不同的晶粒，则 形成多晶硅。 形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要 现在 物理性质方 。例在力性质、 物理性质方 。例在力性质、 性质方 多晶硅均不单晶硅。 ，多晶硅均不单晶硅。多晶硅可作 拉制单 晶硅的料。 晶硅的料。单晶硅可算得上是世界上 净的 物质 ，一 的 体器件要求硅的 六currency19 物质

8、 ，一 的 体器件要求硅的 六currency1 以上。 规模集成 路的要求更高， 以上。 规模集成 路的要求更高，硅的 必 须达到九currency19。目前， 须达到九currency1 。目前，人们已经能制造 十三currency19 的单晶硅。单晶硅是 计算机、 十三currency1 的单晶硅。单晶硅是 计算机、自动 控制系统现代技术中不可缺少的基本材料。 控制系统现代技术中不可缺少的基本材料。国内长的 国内长的130毫米区域熔硅单晶，日前 毫米区域熔硅单晶， 国内长的 毫米区域熔硅单晶 由天津环欧 体材料技术公司研制成功， 由天津环欧 体材料技术公司研制成功， 长 达到0.93米，

9、创国内领先水平。区熔硅 长 达到 米 创国内领先水平。 单晶在 及晶体结构上均优于拉制硅单晶， 单晶在 及晶体结构上均优于拉制硅单晶， 是 功率晶体、整流器、 是 功率晶体、整流器、探测器和太阳能 池的一种重要材料， 池的一种重要材料，130毫米的区熔硅单 毫米的区熔硅单 晶在国内正 于试制阶 。今年3月 晶在国内正 于试制阶 。今年3月，天津环欧 公司引进具有国际领先水平的区熔， 公司引进具有国际领先水平的区熔，利用自 身的技术优势，分别制成全球长的76毫米、 毫米、 身的技术优势，分别制成全球长的 毫米 104毫米区熔硅单晶，并率先 产130毫 毫米区熔硅单晶，并率先 产 毫 毫米区熔硅单

10、晶 米的 径硅单晶。 解， 米的 径硅单晶。解，目前 公司的区 熔硅单晶产量已占全国总产量的25， ， 产 熔硅单晶产量已占全国总产量的 ， 产 的飞船、 的飞船、卫星用 天 太阳能 池硅 的国内 占有率达到85以上。 占有率达到 以上。国内长的 国内长的130毫米区域熔硅单晶，日前 毫米区域熔硅单晶， 国内长的 毫米区域熔硅单晶 由天津环欧 体材料技术公司研制成功， 由天津环欧 体材料技术公司研制成功， 长 达到0.93米，创国内领先水平。区熔硅 长 达到 米 创国内领先水平。 单晶在 及晶体结构上均优于拉制硅单晶， 单晶在 及晶体结构上均优于拉制硅单晶， 是 功率晶体、整流器、 是 功率晶

11、体、整流器、探测器和太阳能 池的一种重要材料， 池的一种重要材料，130毫米的区熔硅单 毫米的区熔硅单 晶在国内正 于试制阶 。今年3月 晶在国内正 于试制阶 。今年3月，天津环欧 公司引进具有国际领先水平的区熔， 公司引进具有国际领先水平的区熔，利用自 身的技术优势，分别制成全球长的76毫米、 毫米、 身的技术优势，分别制成全球长的 毫米 104毫米区熔硅单晶，并率先 产130毫 毫米区熔硅单晶，并率先 产 毫 毫米区熔硅单晶 米的 径硅单晶。 解， 米的 径硅单晶。解，目前 公司的区 熔硅单晶产量已占全国总产量的25， ， 产 熔硅单晶产量已占全国总产量的 ， 产 的飞船、 的飞船、卫星用

12、 天 太阳能 池硅 的国内 占有率达到85以上。 占有率达到 以上。在 验 里， （ 与 合， 在 验 里， （SiO2）与 合， 可得到 硅， 可得到 硅， 的化方 式 高 SiO2+2Mg=2MgO+Si 得到的硅不 净， 含有量的 、氧化 得到的硅不 净， 含有 量的 、 及硅化 （ Si） 质可用盐酸 ， 及硅化 （Mg2Si）， 质可用盐酸 ， 有 的化方 式 Mg+2HCl=MgCl2+H2 MgO+2HCl=MgCl2+H2O Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH44.硅的用 4.硅的用 集成 路、晶体、硅整流器 体材料， 集成 路、晶体、硅整流器 体材料，fi 可以制成太

13、阳能 池、 可以制成太阳能 池、硅的合金可用 制造 器 。 。 集成 路 件硅整流 极器 (含硅4%的 ) 单 晶 硅 太 阳 能 池 、 氧化硅 地球上天然存在 氧化硅的存在形 式主要有 式主要有 晶体形（主要有石 和水晶） 晶体形（主要有石 和水晶） 无定形（硅 ） 无定形（硅 ）水晶色水晶 色水晶 色水晶 氧化硅 SiO2的存在形 硬 ， ， 硬 ， ，光 泽。 氧化硅的体 水 分 形成于石的 中， 分 形成于石的 中，由于 形成的 很慢， 形成的 很慢，所以是一 一自里凝结， 一自里凝结，一的currency1 色所含 量元素的不同不同， 色所含 量元素的不同不同， 所以“ 可种色的环

14、带 fi. fi.1. 氧化硅的物理性质 晶体 氧化硅熔点很高( 晶体 氧化硅熔点很高( 验 使 用的石 fl ），硬 很 （石 、 用的石 fl ），硬 很 （石 、 ），硬 很 研），不 ，不 于水。 研） 不 ，不 于水。1 氧化硅有化性质 氧化硅有化性质 酸性氧化物 SiO2+CaO SiO2+HFSiF4+H2O SiO2+NaOH-(下 慢，高熔 ) 下 慢，高熔 下 慢SiO2+Na2CO3 SiO2+CaCO32 2 H2SiO3和H2CO3currency1酸性较 用 currency1酸性较 验可以得到验 验可以得到验 ”由 氧化硅制硅酸 氧化硅制硅酸 ”由 氧化硅制硅酸

15、硅是水合 硅是水合xSiO2?yH2O。 色硅是一种 是水合 。 色固体粒， 硅 硅， 色固体粒，用CoCl2 硅， 然 经 fl化 制得（ 无水CoCl2 然 经 fl化制得（ 无水 ）， 成色 成色（ 色）， 成色（ CoCl2 ?6H2O ）。 有性，用 一下，又成 色。 有 性，用 一下，又成 色。 又可使用 。 又可使用 。SiO2的用 水晶 石水晶动物水晶内 水晶 石 石 及制 制 制内 光 ） （光 ）光 术 氧化硅 的 硅酸盐是构成地壳和 物的主要成分 结构 、 结构 、种类 多 Na2SiO3水 称水有 性水 称水硅酸 （ 硅酸 （Na2SiO3） 于水中制成 质质 量分 4

16、0 的水， 盐的晶粒， 40 量分 40的水， 盐的晶粒， 、 和 的”化物， 、和 的”化物， 、 和的酸盐， 和的酸盐， 、和的酸 到水中（ 不能 ）， 盐，到水中（ 不能 ）， 则的“ 慢慢地 长 。 则的“ ”慢慢地 长 。金属盐与硅酸 ， 金属盐与硅酸 ， 成不同currency1色的金属硅 酸盐体，在固体、体的 形成 ， 酸盐体，在固体、体的 形成 ， 由于 的 系，水不 内， 由于的 系，水不 内， 使盐又与硅酸 ， 使盐又与硅酸 ， 成 的金属 硅酸盐。 ，硅酸盐 成 或 。 硅酸盐。 ，硅酸盐 成 或 。以氧化物形式 硅酸盐的成 以氧化物形式 硅酸盐的成 Na2SiO3 Na

17、2O SiO2（高石）Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3 2SiO2 2H2O 高石） 格式金属氧化物、 氧化硅、 格式金属氧化物、 氧化硅、水 金属 fl动 成氧化物的形式: 成氧化物的形式: Na2SiO3 KAlSi3O8 榄石 Mg2SiO4 蛇fi石 H4Mg3Si2O9 滑石 Mg3(Si4O10)(OH)2 钾云母 K2H4Al6Si6O24 石棉 CaMg3Si4O12 Al2(Si2O5)(OH)4KCl的质量分 的质量分 76%的钾肥中钾 的质量分 的钾肥中钾 的质量分 是多少 的质量分 是多少 习惯上钾肥 的质量分 标准计算， 以K2O的质量分 标准计算，那 的质量

18、分 标准计算 钾肥中K 的质量分 多少 的质量分 多少 钾肥中 2O的质量分 多少 39.8% 47.9%2. 化性质物质 物理性质 SiO2 CO2CO2+H2O=H2CO3 与水 化 与HF SiO2+4HF= SiF4 + 2H2O 与 SiO2+2NaOH= CO2+2NaOH= 性 Na2SiO3+ H2O Na2CO3+ H2O 质 与 性 物 SiO2+ CaO = CaSiO3 CO2+ CaO =CaCO3 与 CO2+ Na2CO3 + H2O= SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2 2NaHCO33. 氧化硅的用 3. 氧化硅的用 光 胃 利用SiO 硬 高的特

19、性，作 研磨材料， 利用SiO2硬 高的特性，作 研磨材料， 石 、 研 石 、石 膨系 很小， 石 膨系 很小，相于普通 1/18，能经受 的剧 ，耐酸性能 （ 的1/18，能经受 的剧 ，耐酸性能 （ HF），此，石 用 制造耐高 HF），此 此， 的化仪器。 的化仪器。三、硅酸 H2SiO3色 末，不 于水，弱酸， 色 末，不 于水，弱酸，不稳定 思考 currency1酸性较 思考H2SiO3和H2CO3currency1酸性较 用 验可以得到验 用 验可以得到验 Na2SiO3 + CO2+ H2O = H2SiO3+ Na2CO3 硅酸的制 Na2SiO3 + 2HCl = H2S

20、iO3+ 2NaCl验硅的制 成的硅酸逐渐聚合形成体 硅 硅酸 ， 硅， 硅，硅酸 ，则形成软 的，冻的硅酸凝。 的，冻的硅酸凝。经 水制得“硅” 用 制作 ， 水制得“硅”。用 制作 ， 可以作催化 的载体。 可以作催化 的载体。硅 少量CoCl 硅 少量CoCl2可制得 色 硅， 色理: 硅， 色理:CoCl2 + 6H2O = CoCl26H2O色 色四、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属成的化合物的总称， 硅酸盐是由硅、氧和金属成的化合物的总称， 在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构 的化合物， 在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构 的化合物， 一 不 于水，化性质很稳定。 一 不 于水，化性质

21、很稳定。 简单又用的硅酸盐是硅酸 （ ）， 简单又用的硅酸盐是硅酸 （Na2SiO3）， 水 称 水 水。 水 称 水。 硅酸 可以作木材防火 、肥皂填料及黏 。 硅酸 可以作木材防火 、肥皂填料及黏 。思考 NaOH、 思考 NaOH、Na2CO3 性 不可用塞 不可用塞 硅酸盐成的 用 氧化硅和金属氧化物的形式 成。 氧化硅和金属氧化物的形式 成 的形式 成。例硅酸 Na2SiO3 例硅酸 榄石 Mg2SiO4 高石 Al2(Si2O5)(OH)4 Na2OSiO2 2MgOSiO2 Al2O32SiO22H2O要领 要领两边currency1 守恒 格式金属氧化物、 氧化硅、 格式金属氧

22、化物、 氧化硅、水 金属 fl动 成氧化物的形式: 成氧化物的形式: 榄石 Mg2SiO4 蛇fi石 H4Mg3Si2O9 滑石 Mg3(Si4O10)(OH)2 钾云母 K2H4Al6Si6O24 石棉 CaMg3Si4O12、无机非金属材料 传统无机非金属材料 硅酸盐 水泥、陶瓷 硅酸盐 水泥、特点 特点 均 含硅固体物质（ （1）料 均 含硅固体物质（水泥 用 ， 用石 ） 用 ， 用石 ）。 高。 （2） 件 高。 化 化。 （3） 理 的物理 、化 化。 硅酸盐。 （4）产的主要成分 硅酸盐。1.成 1.成 成 2.料 2.料 主要料 、石灰石和石 。 主要料 、石灰石和石 。 3.

23、 理 3. 理 Na2CO3+ SiO2 = Na2SiO3 + CO2 CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 + CO2高 高Na2O CaO 6SiO2水泥水泥成分 水泥成分 料 料 硅酸三钙、硅酸 钙、 硅酸三钙、硅酸 钙、 酸三钙 石灰石、 石灰石、 、辅助料陶 瓷型无机非金属材料(1)高结构陶瓷:能承受高、 高。 (1)高结构陶瓷 能承受高、 高。 高结构陶瓷:例氮化硅陶瓷在1200 的高下， 1200 的高下 例氮化硅陶瓷在1200 的高下， 仍具有很高的 ， 仍具有很高的 ，可用 制造汽轮机叶 轴承、永久性模具。 、轴承、永久性模具。（2） 陶瓷。具有 效 的陶 陶瓷。瓷成

24、陶瓷. 瓷成 陶瓷.目前 用 较广泛 的 陶瓷是以钛酸钡(BaTiO 的 陶瓷是以钛酸钡(BaTiO3)和钛 酸 (PbTiO 主要成分, 酸 (PbTiO3) 主要成分,能把极 弱的机械震动转 信号。 弱的机械震动转 信号。（3） 具有 物特性。有 型无机非金属 具有 物特性。材料 高、无毒、不 于水，对人体织 材料 高、无毒、不 于水， 有较 的适 性，可 植人体内， 有较 的适 性，可 植人体内，用 类材料制成的人造牙齿、人造骨骼， 类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被 用在上。 用在上。人 造 节（4） 一 型无机非金属材料可以作体、 体、超 体， 体、 体、超 体，一 性材料被用于集成 路的基 。性材料被用于集成 路的基 。我国 高超 材料的研究 于世界领先水平1