高中化學(xué)第4章元素與材料世界第1節(jié)硅無機(jī)非金屬材料411硅和二氧化硅課件

學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.能記住硅、二氧化硅的主要性質(zhì)及這些性質(zhì)在材料中的應(yīng)用。2.能說出硅在半導(dǎo)體工業(yè)，二氧化硅在現(xiàn)代通訊業(yè)中的重要應(yīng)用。內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)——新知探究

點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)達(dá)標(biāo)檢測——當(dāng)堂檢測

鞏固反饋新知導(dǎo)學(xué)1.硅在地殼中的含量僅次于

，自然界中沒有

態(tài)的硅，常見化合態(tài)的硅有

和

等。2.單質(zhì)硅可分為晶體硅和無定形硅兩種。一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料(1)晶體硅結(jié)構(gòu)如圖所示，為

形晶體，與

結(jié)構(gòu)相似。(2)晶體硅是一種帶有

的灰黑色固體，晶體硅熔點(diǎn)

、硬度

、有脆性。(3)晶體硅的導(dǎo)電性介于

之間，是良好的

材料。氧游離二氧化硅硅酸鹽正四面體金剛石金屬光澤高大導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體3.硅原子最外層有4個(gè)電子，得失電子都較難，化學(xué)性質(zhì)

。常溫下，除與F2、HF和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)外，硅不與其他物質(zhì)(如強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑)反應(yīng)。加熱時(shí)，能與O2、Cl2、C發(fā)生化合反應(yīng)。不活潑4.寫出硅參與反應(yīng)的化學(xué)方程式。(1)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)①硅與氟氣反應(yīng)：

。②硅與氯氣反應(yīng)：

。③硅與氧氣反應(yīng)：

。(2)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)化學(xué)方程式：

。(3)與氫氟酸反應(yīng)化學(xué)方程式：

。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2F2===SiF4Si＋2Cl2 SiCl4Si＋O2 SiO25.高純硅的制取，反應(yīng)方程式分別為制粗硅：

。提純(與Cl2反應(yīng))：

。還原(用H2還原)：

。SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑Si(粗)＋2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl歸納總結(jié)1.半導(dǎo)體材料特指導(dǎo)電能力介于

之間的一類材料。硅是常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，廣泛用于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，如制造晶體管、硅芯片、集成電路。2.硅還可用于制造硅整流器、太陽能電池及硅合金等。導(dǎo)體和絕緣體1.下列關(guān)于碳和硅的敘述中，正確的是A.加熱到一定溫度時(shí)，其單質(zhì)都能與氧氣等非金屬反應(yīng)B.常溫下，碳單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，硅單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不活潑C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D.碳和硅兩種元素都有能導(dǎo)電的單質(zhì)，在自然界中均有單質(zhì)硅和化合態(tài)硅√答案解析拓展延伸活學(xué)活用解析碳原子和硅原子最外層電子數(shù)都是4個(gè)，不容易得到或失去電子，化學(xué)性質(zhì)都不活潑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；硅在常溫下能與氟氣、氫氟酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；石墨和晶體硅都能導(dǎo)電，在自然界中有單質(zhì)碳，也有化合態(tài)碳，但在自然界中只有化合態(tài)硅，沒有硅單質(zhì)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；在加熱條件下碳和硅都能與氧氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)，A項(xiàng)正確。拓展延伸拓展延伸碳和硅的原子最外層電子數(shù)均為4個(gè)，化學(xué)性質(zhì)都不活潑，硅與其他非金屬單質(zhì)相比有以下特性：(1)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但自然界中沒有游離態(tài)的硅。(2)硅的還原性大于碳，但碳能在高溫下還原出硅單質(zhì)：SiO2＋2CSi＋2CO↑。(3)非金屬單質(zhì)與堿溶液反應(yīng)一般無氫氣放出，但硅能與氫氧化鈉等強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出氫氣：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(4)非金屬單質(zhì)一般不與酸反應(yīng)，但硅能與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(5)非金屬單質(zhì)一般不導(dǎo)電，但Si為半導(dǎo)體，有一定的導(dǎo)電能力。2.高純度單晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，它可以按下列方法進(jìn)行制備：√答案解析易錯(cuò)警示下列說法不正確的是A.①②③均屬于氧化還原反應(yīng)B.SiHCl3(沸點(diǎn)31.8℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)，通過蒸餾可提純SiHCl3C.氫氣和氯化氫均可循環(huán)利用D.反應(yīng)①的化學(xué)方程式為SiO2＋CSi＋CO2↑解析反應(yīng)①是二氧化硅與焦炭反應(yīng)生成硅和一氧化碳，反應(yīng)②是硅與氯化氫反應(yīng)生成三氯甲硅烷(SiHCl3)和氫氣，反應(yīng)③是三氯甲硅烷(SiHCl3)與氫氣反應(yīng)生成硅和氯化氫，三個(gè)反應(yīng)中都有單質(zhì)參加反應(yīng)并有新單質(zhì)生成，一定有元素的化合價(jià)發(fā)生變化，它們都是氧化還原反應(yīng)；SiHCl3與SiCl4的沸點(diǎn)相差較大，所以可通過蒸餾除去SiCl4；在高純硅的生產(chǎn)流程中，氫氣和氯化氫可以重復(fù)利用；二氧化硅與C在高溫條件下反應(yīng)生成Si和CO，不是二氧化碳。

易錯(cuò)警示1.硅的氧化物為二氧化硅，廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。沙是含

的SiO2；石英是含

的SiO2；水晶是透明的

晶體；瑪瑙是含有色雜質(zhì)的石英晶體；硅藻土是無定形SiO2。根據(jù)日常生活中的實(shí)例描述二氧化硅的物理性質(zhì)：____________________________。二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維較多雜質(zhì)較少雜質(zhì)石英堅(jiān)硬固體、不溶于水、熔點(diǎn)高2.列表比較二氧化碳和二氧化硅的性質(zhì)。

CO2SiO2物理性質(zhì)______________________________________________________________與堿性氧化物反應(yīng)__________________________________________與堿液反應(yīng)______________________________________________________________________氣體，熔、沸點(diǎn)低，能溶于水CaO＋CO2===CaCO32NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O(CO2少量)固體，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水CaO＋SiO2CaSiO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與H2O反應(yīng)__________________________________與酸反應(yīng)____________________________________________________相同點(diǎn)____________________________________________CO2＋H2O

H2CO3不反應(yīng)不與水反應(yīng)只與HF反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O都是酸性氧化物(酸酐)，與堿反應(yīng)生成鹽和水3.問題討論(1)根據(jù)CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑的反應(yīng)，能否說明酸性H2SiO3＞H2CO3？為什么？答案不能。強(qiáng)酸制較弱酸是根據(jù)在溶液中進(jìn)行的反應(yīng)得出的結(jié)論，而該反應(yīng)不是在溶液中進(jìn)行的。答案(2)盛堿液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？答案由于玻璃中的SiO2跟堿溶液反應(yīng)生成Na2SiO3，Na2SiO3具有黏合性，會(huì)將瓶口和玻璃塞黏為一體而不易打開。(3)氫氟酸為什么不能用玻璃瓶盛放？答案玻璃的成分中含有SiO2，SiO2與氫氟酸反應(yīng)，氫氟酸常被用來刻蝕玻璃，因而氫氟酸不能用玻璃瓶盛放，可以放在塑料瓶或鉛制器皿中。答案歸納總結(jié)1.二氧化硅的特殊性：二氧化硅作為一種非金屬氧化物，堅(jiān)硬難熔；作為一種酸性氧化物，但不與水反應(yīng)，易與氫氟酸反應(yīng)。這些特性既是考查的重點(diǎn)，也是解題的依據(jù)。2.二氧化硅用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導(dǎo)纖維，簡稱“光纖”。光導(dǎo)纖維是一種能利用光的全反射作用來傳導(dǎo)光線的透明度極高的細(xì)絲；具有信息容量大、抗干擾性能好、耐腐蝕等特點(diǎn)。CBEADA.作為玻璃的成分被消耗而

使玻璃被刻蝕B.氧化性C.酸性氧化物的通性D.與揮發(fā)性酸性氧化物的鹽

反應(yīng)得揮發(fā)性酸性氧化物E.氧化還原反應(yīng)中Si的化合

價(jià)沒變答案解析規(guī)律總結(jié)活學(xué)活用3.指出下列反應(yīng)中二氧化硅所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～E選項(xiàng)中選擇正確答案填入括號(hào)內(nèi)。解析①反應(yīng)生成Na2SiO3和H2O體現(xiàn)SiO2酸性氧化物的性質(zhì)；②反應(yīng)中，C作還原劑，SiO2作氧化劑，表現(xiàn)出弱氧化性；③反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，C既是氧化劑，又是還原劑，Si的化合價(jià)沒變；④在常溫下，SiO2可以和氫氟酸反應(yīng)生成揮發(fā)性的SiF4，可利用此反應(yīng)雕刻玻璃；⑤反應(yīng)表現(xiàn)SiO2高沸點(diǎn)(難揮發(fā))的性質(zhì)。規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)二氧化硅性質(zhì)概括為三方面：具有酸性氧化物性質(zhì)、弱氧化性(與碳反應(yīng))、特性(與氫氟酸反應(yīng))?！檀鸢附馕?.下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是A.CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的B.CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C.SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，也能與堿反應(yīng)，說明SiO2既是堿性氧化物，又是

酸性氧化物D.CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成鹽和水規(guī)律總結(jié)解析CO2是由CO2分子構(gòu)成的，而SiO2則是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，SiO2中不存在分子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，與水不反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2能與堿反應(yīng)生成鹽和水，說明二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅與氫氟酸的反應(yīng)是其特性，它不與其他的酸反應(yīng)，二氧化硅不是堿性氧化物，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)正確。

規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)1.CO2與SiO2物理性質(zhì)相差較大，是因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)相似是由于它們都是酸性氧化物，都可與堿、堿性氧化物反應(yīng)；CO2和SiO2中C和Si均處于最高正價(jià)，具有弱氧化性，在高溫下均可與C反應(yīng)。2.SiO2還有自己的特性，如與水不反應(yīng)，與HF反應(yīng)。學(xué)習(xí)小結(jié)硅及其化合物的相互轉(zhuǎn)化達(dá)標(biāo)檢測解析硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下除與氟氣、氟化氫、氫氧化鈉溶液反應(yīng)外，不與其他物質(zhì)反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；單質(zhì)硅作半導(dǎo)體材料，不是因?yàn)槠淙埸c(diǎn)高、硬度大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但常溫下可與F2、HF和強(qiáng)堿等反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)正確。123456√答案解析1.下列有關(guān)硅的敘述中正確的是A.硅在常溫下能跟氧氣發(fā)生化合反應(yīng)B.因?yàn)榫w硅熔點(diǎn)高、硬度大，所以硅可用于制作半導(dǎo)體材料C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，在常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D.高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅123456√答案解析2.科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法中正確的是A.自然界中硅元素的含量最豐富B.自然界中存在大量單質(zhì)硅C.高純度的硅被用于制作計(jì)算機(jī)芯片D.光導(dǎo)纖維的主要成分是Si解析自然界中含量最豐富的元素是氧元素，A項(xiàng)錯(cuò)誤；硅的性質(zhì)雖然不活潑，但自然界不存在游離態(tài)硅，只有化合態(tài)硅，B項(xiàng)錯(cuò)誤；硅是良好的半導(dǎo)體材料，可用于制造計(jì)算機(jī)芯片等，C項(xiàng)正確；光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，不是Si，D項(xiàng)錯(cuò)誤。123456123456解析SiO2不溶于水，也不與H2O反應(yīng)，所以水溶液不顯酸性。H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3，所以B項(xiàng)中的反應(yīng)可以發(fā)生。Na2CO3與SiO2的反應(yīng)之所以能發(fā)生是因?yàn)棰俜磻?yīng)是在高溫?zé)o水條件下進(jìn)行的；②反應(yīng)后生成的CO2脫離反應(yīng)體系。SiO2雖為酸性氧化物，但是它可與HF反應(yīng)?！檀鸢附馕?.下列說法中正確的是A.SiO2溶于水顯酸性B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸C.由Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)D.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸123456解析SiO2是非電解質(zhì)，在固態(tài)和液態(tài)時(shí)都不導(dǎo)電；SiO2屬于酸性氧化物，能與強(qiáng)堿反應(yīng)，與H2O不反應(yīng)；SiO2常溫下是固體，硬度大，熔、沸點(diǎn)高，而CO2常溫下是氣體，熔、沸點(diǎn)低，物理性質(zhì)差別較大。√答案解析4.下列關(guān)于二氧化硅的敘述中，不正確的是①在固態(tài)和液態(tài)時(shí)，都不導(dǎo)電②能跟強(qiáng)堿反應(yīng)，但不能與水反應(yīng)③SiO2的物理性質(zhì)與CO2類似④既是酸性氧化物，又是堿性氧化物A.只有④ B.②④ C.③④ D.①②③123456解析在反應(yīng)②中Si元素化合價(jià)升高，被氧化?！檀鸢附馕?.制備硅單質(zhì)時(shí)，主要化學(xué)反應(yīng)如下：①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)Si(粗硅)＋2CO↑；②Si(粗硅)＋2Cl2

SiCl4；③SiCl4＋2H2Si(純硅)＋4HCl。下列對上述三個(gè)反應(yīng)的敘述中，不正確的是A.①③為置換反應(yīng)B.①②③均為氧化還原反應(yīng)C.②為化合反應(yīng)D.三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原請回答下列問題：(1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為