1、第1课时 硅和二氧化硅,第4章 第1节 硅 无机非金属材料,学习目标定位 1.能记住硅、二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。 2.能说出硅在半导体工业，二氧化硅在现代通讯业中的重要应用。,内容索引,新知导学 新知探究 点点落实,达标检测 当堂检测 巩固反馈,新知导学,1.硅在地壳中的含量仅次于 ，自然界中没有 态的硅，常见化合态的硅有 和 等。 2.单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。,一、单质硅与半导体材料,(1)晶体硅结构如图所示，为 形晶体， 与 结构相似。 (2)晶体硅是一种带有 的灰黑色固体， 晶体硅熔点 、硬度 、有脆性。 (3)晶体硅的导电性介于 之间，是良好的 材料。,氧
2、,游离,二氧化硅,硅酸盐,正四面体,金刚石,金属光泽,高,大,导体和绝缘体,半导体,3.硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质 。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。加热时，能与O2、Cl2、C发生化合反应。,不活泼,4.写出硅参与反应的化学方程式。 (1)与非金属单质反应 硅与氟气反应： 。 硅与氯气反应： 。 硅与氧气反应： 。 (2)与氢氧化钠溶液反应 化学方程式： 。 (3)与氢氟酸反应 化学方程式： 。,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2,Si4HF=SiF42H2,Si2F2=SiF4,Si2Cl2 SiCl4,SiO2
3、 SiO2,5.高纯硅的制取，反应方程式分别为 制粗硅： 。 提纯(与Cl2反应)： 。 还原(用H2还原)： 。,SiO22C Si(粗)2CO,Si(粗)2Cl2 SiCl4,SiCl42H2 Si(纯)4HCl,1.半导体材料特指导电能力介于 之间的一类材料。硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛用于计算机技术领域，如制造晶体管、硅芯片、集成电路。 2.硅还可用于制造硅整流器、太阳能电池及硅合金等。,导体和绝缘体,1.下列关于碳和硅的叙述中，正确的是 A.加热到一定温度时，其单质都能与氧气等非金属反应 B.常温下，碳单质化学性质活泼，硅单质化学性质不活泼 C.硅的化学性质不活泼，常温下
4、不与任何物质反应 D.碳和硅两种元素都有能导电的单质，在自然界中均有单质硅和化合态硅,答案,解析,拓展延伸,解析 碳原子和硅原子最外层电子数都是4个，不容易得到或失去电子，化学性质都不活泼，B项错误； 硅在常温下能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液反应，C项错误； 石墨和晶体硅都能导电，在自然界中有单质碳，也有化合态碳，但在自然界中只有化合态硅，没有硅单质，D项错误； 在加热条件下碳和硅都能与氧气等非金属单质反应，A项正确。,拓展延伸,拓展延伸 碳和硅的原子最外层电子数均为4个，化学性质都不活泼，硅与其他非金属单质相比有以下特性： (1)硅的化学性质不活泼，但自然界中没有游离态的硅。 (2)硅的还原
5、性大于碳，但碳能在高温下还原出硅单质：SiO22C Si2CO。 (3) 非金属单质与碱溶液反应一般无氢气放出，但硅能与氢氧化钠等强碱溶液反应放出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。 (4)非金属单质一般不与酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。 (5)非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力。,2.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法进行制备：,答案,解析,易错警示,下列说法不正确的是 A.均属于氧化还原反应 B.SiHCl3(沸点31.8 )中含有少量的SiCl4(沸点57.6 )，通过蒸馏可提纯SiHCl3 C.氢气和氯化氢均
6、可循环利用 D.反应的化学方程式为SiO2C SiCO2,解析 反应是二氧化硅与焦炭反应生成硅和一氧化碳，反应是硅与氯化氢反应生成三氯甲硅烷(SiHCl3)和氢气，反应是三氯甲硅烷(SiHCl3)与氢气反应生成硅和氯化氢，三个反应中都有单质参加反应并有新单质生成，一定有元素的化合价发生变化，它们都是氧化还原反应；SiHCl3与SiCl4的沸点相差较大，所以可通过蒸馏除去SiCl4；在高纯硅的生产流程中，氢气和氯化氢可以重复利用；二氧化硅与C在高温条件下反应生成Si和CO，不是二氧化碳。,易错警示,1.硅的氧化物为二氧化硅，广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。沙是含 的SiO2；石英是
7、含 的SiO2；水晶是透明的 晶体；玛瑙是含有色杂质的石英晶体；硅藻土是无定形SiO2。根据日常生活中的实例描述二氧化硅的物理性质：_。,二、二氧化硅与光导纤维,较多杂质,较少杂质,石英,坚硬固体、不溶于水、,熔点高,2.列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。,气体，熔、沸点低，能溶于水,CaOCO2=CaCO3,2NaOHCO2=Na2CO3H2O (CO2少量),固体，熔、沸点高，硬度 大，不溶于水,CaOSiO2 CaSiO3,SiO22NaOH=Na2SiO3 H2O,CO2H2OH2CO3,不反应,不与水反应,只与HF反应 SiO24HF=SiF42H2O,都是酸性氧化物(酸酐)，与碱反
8、应生成盐和水,3.问题讨论,(1)根据CaCO3SiO2 CaSiO3CO2的反应，能否说明酸性H2SiO3H2CO3？为什么？,答案 不能。强酸制较弱酸是根据在溶液中进行的反应得出的结论，而该反应不是在溶液中进行的。,答案,(2)盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？,答案 由于玻璃中的SiO2跟碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有黏合性，会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。,(3)氢氟酸为什么不能用玻璃瓶盛放？,答案 玻璃的成分中含有SiO2，SiO2与氢氟酸反应，氢氟酸常被用来刻蚀玻璃，因而氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，可以放在塑料瓶或铅制器皿中。,答案,1.二氧化硅的特殊性：
9、二氧化硅作为一种非金属氧化物，坚硬难熔；作为一种酸性氧化物，但不与水反应，易与氢氟酸反应。这些特性既是考查的重点，也是解题的依据。 2.二氧化硅用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，简称“光纤”。光导纤维是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝；具有信息容量大、抗干扰性能好、耐腐蚀等特点。,C,B,E,A,D,A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被刻蚀 B.氧化性 C.酸性氧化物的通性 D.与挥发性酸性氧化物的盐反应得挥发性酸性氧化物 E.氧化还原反应中Si的化合价没变,答案,解析,规律总结,3.指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案填入括号内。,解析
10、 反应生成Na2SiO3和H2O体现SiO2酸性氧化物的性质； 反应中，C作还原剂，SiO2作氧化剂，表现出弱氧化性； 反应是氧化还原反应，C既是氧化剂，又是还原剂，Si的化合价没变； 在常温下，SiO2可以和氢氟酸反应生成挥发性的SiF4，可利用此反应雕刻玻璃； 反应表现SiO2高沸点(难挥发)的性质。,规律总结,规律总结 二氧化硅性质概括为三方面：具有酸性氧化物性质、弱氧化性(与碳反应)、特性(与氢氟酸反应)。,答案,解析,4.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是 A.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的 B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C.SiO2能与氢氟酸反应，也能
11、与碱反应，说明SiO2既是碱性氧化物，又是酸性氧化物 D.CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水,规律总结,解析 CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，A项错误； CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，与水不反应，B项错误； SiO2能与碱反应生成盐和水，说明二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅与氢氟酸的反应是其特性，它不与其他的酸反应，二氧化硅不是碱性氧化物，C项错误； D项正确。,规律总结,规律总结 1.CO2与SiO2物理性质相差较大，是因为它们结构不同，化学性质相似是由于它们都是酸性氧化物，都可与碱、碱性
12、氧化物反应；CO2和SiO2中C和Si均处于最高正价，具有弱氧化性，在高温下均可与C反应。 2.SiO2还有自己的特性，如与水不反应，与HF反应。,学习小结,硅及其化合物的相互转化,达标检测,解析 硅的化学性质稳定，常温下除与氟气、氟化氢、氢氧化钠溶液反应外，不与其他物质反应，A项错误； 单质硅作半导体材料，不是因为其熔点高、硬度大，B项错误； 硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱等反应，C项错误； D项正确。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,1.下列有关硅的叙述中正确的是 A.硅在常温下能跟氧气发生化合反应 B.因为晶体硅熔点高、硬度大，所以硅可用于制作半导体材料 C.硅的化
13、学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应 D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅,1,2,3,4,5,6,答案,解析,2.科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是 A.自然界中硅元素的含量最丰富 B.自然界中存在大量单质硅 C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片 D.光导纤维的主要成分是Si,解析 自然界中含量最丰富的元素是氧元素，A项错误； 硅的性质虽然不活泼，但自然界不存在游离态硅，只有化合态硅，B项错误； 硅是良好的半导体材料，可用于制造计算机芯片等，C项正确； 光导纤维的主要成分是SiO2，不是Si，D项错误。
14、,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,解析 SiO2不溶于水，也不与H2O反应，所以水溶液不显酸性。H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以B项中的反应可以发生。Na2CO3与SiO2的反应之所以能发生是因为反应是在高温无水条件下进行的；反应后生成的CO2脱离反应体系。SiO2虽为酸性氧化物，但是它可与HF反应。,答案,解析,3.下列说法中正确的是 A.SiO2溶于水显酸性 B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸 C.由Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸,1,2,3,4,5,6,解析 SiO2是非电解质，在固态
15、和液态时都不导电；SiO2属于酸性氧化物，能与强碱反应，与H2O不反应；SiO2常温下是固体，硬度大，熔、沸点高，而CO2常温下是气体，熔、沸点低，物理性质差别较大。,答案,解析,4.下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是 在固态和液态时，都不导电 能跟强碱反应，但不能与水反应 SiO2的物理性质与CO2类似 既是酸性氧化物，又是碱性氧化物 A.只有 B. C. D.,1,2,3,4,5,6,解析 在反应中Si元素化合价升高，被氧化。,答案,解析,5.制备硅单质时，主要化学反应如下： SiO2(石英砂)2C(焦炭) Si(粗硅)2CO； Si(粗硅)2Cl2SiCl4；SiCl42H2 Si(纯
16、硅)4HCl。下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是,A.为置换反应 B.均为氧化还原反应 C.为化合反应 D.三个反应的反应物中硅元素均被还原,请回答下列问题： (1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,4价,6.A、B、C、D、E分别代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。,1,2,3,4,5,6,(2)B的化学式为_，B与炭反应生成A和E的化学方程式是_。 (3)C的化学式为_，D的化学式为_。,1,2,3,4,5,6,答案,SiO2,SiO22C Si2CO,CaSiO3,Na2SiO3,本课结束,