2020高中化学 第4章 材料家族中的元素 第1节 硅无机非金属材料（第1课时）课件 鲁科版必修1

[学习目标]1.能从材料组成角度对生活中常见的材料进行分类，能根据使用要求选择适当的材料。2.知道硅、二氧化硅的性能，主要用途。23自主学习一、单质硅与半导体材料1．硅在自然界中的存在(1)硅在自然界中仅以的形式存在，常见的化合态的硅有和等，它们广泛存在于各种矿物和岩石中。(2)硅的同素异形体□04晶体硅□05无定形硅非晶硅□01化合态□02二氧化硅□03硅酸盐2．晶体硅的物理性质3．单质硅的化学性质常温下，硅的化学性质不活泼，它不易与H2、O2、Cl2、H2SO4、HNO3等物质发生反应，在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质发生反应。如：与Cl2反应：Si＋2Cl2=====△SiCl4与O2反应：(加热时研细的硅能在氧气中燃烧)。4．粗硅的制备□10Si＋O2=====△SiO2□11SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑5．硅的用途(1)可以用来做半导体材料，超高纯度的硅芯片广泛应用于大规模集成电路及相应的计算机技术中。(2)单质硅用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等。(3)硅合金的用途也很广，含硅的钢具有良好的导磁性，可以用来制造；含硅左右的钢具有良好的耐酸性，可以用来制造等。□12高纯硅□134%□14变压器铁芯□1515%□16耐酸设备二、二氧化硅与光导纤维1．二氧化硅的存在二氧化硅结晶形SiO2石英水晶玛瑙沙子无定形SiO2：硅藻土2．二氧化硅的物理性质纯净的二氧化硅晶体色，熔点，硬度，溶于水，不溶于其他一般溶剂。3．二氧化硅的化学性质SiO2是一种，其化学性质不活泼，在通常情况下，不与水、酸(除外)发生反应，能与碱溶液缓慢反应，在高温下能与反应。□01无□02高□03大□04不□05酸性氧化物□06氢氟酸□07碱性氧化物(1)酸性氧化物的通性与碱反应生成盐和水，如与NaOH反应：□08SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与碱性氧化物反应生成盐，如高温时与CaO反应：□09SiO2＋CaO=====高温CaSiO3(2)弱氧化性(与碳反应)：(3)与某些盐反应：SiO2＋Na2CO3=====高温SiO2＋CaCO3=====高温(4)特性(SiO2能与氢氟酸反应)：□10SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑□11Na2SiO3＋CO2↑□12CaSiO3＋CO2↑□13SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O4．二氧化硅的用途(1)二氧化硅常被用来制造石英表中的压电材料。(2)水晶常被用来制造电子部件和光学仪器等。(3)二氧化硅常被用来制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。23课堂探究一、硅与半导体材料[交流研讨]1．作为非金属单质Si与前面探讨的非金属单质O2、Cl2、S、C、N2、Br2等的性质类似吗？提示：Si不易与金属反应而在加热条件下可与非金属如：O2、Cl2等反应，这是Si与O2、Cl2、Br2等的不同之处。提示2．硅能够成为一种重要的半导体材料可能因为它有什么性质？提示：具有导电性介于导体与绝缘体之间的性质，也就是介于金属与非金属之间的性质。提示[点拨提升]1．反应SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑是氧化还原反应，二氧化硅是氧化剂，碳是还原剂；该反应的产物是CO，不是CO2。2．粗硅在加热条件下和Cl2反应生成SiCl4，SiCl4的沸点较低，受热容易转化为气体，从而达到和固体物质分离的目的，SiCl4和H2在高温条件下可以发生反应生成Si和HCl气体；这说明硅与HCl不反应，工业上就是利用这种方式由粗硅制纯硅的。知识拓展常温下，硅能与F2、HF和强碱溶液反应：Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑其中Si与HF、Si与强碱溶液反应产生H2是Si的特性。[练习与活动]1．下列物质中，导电性介于导体和绝缘体之间的是()①晶体硅②金属铝③石墨④晶体锗⑤金刚石A．只有①B．只有⑤C．②和③D．①和④答案D答案解析Si、Ge导电性介于导体和绝缘体之间，可作半导体材料；Al是电的良导体；石墨也能导电，不能作半导体材料；金刚石不导电。解析2．硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法中正确的是()A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能做氧化剂，又不能做还原剂B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料答案D答案解析在一定条件下，硅可以发生氧化还原反应，A项错误；硅在地壳中的含量居第二位，B项错误；自然界中只有化合态的硅，C项错误。解析二、SiO2的性质[交流研讨]从物质的分类看SiO2属于哪一类？可能具有什么性质？提示：SiO2属于酸性氧化物；它具有酸性氧化物的通性——能与碱、碱性氧化物反应。提示[点拨提升]SiO2与CO2的比较知识拓展SiO2和H2SiO3的特性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接用它与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的却很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(4)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑也能发生，原因是CO2是低沸点、易挥发的气体，SiO2是高沸点、难挥发的固体。(5)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水，且易分解：H2SiO3=====△SiO2＋H2O。[练习与活动]3．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()A．水晶的主要成分是二氧化硅B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应答案D答案解析水晶的主要成分为SiO2，A项正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按1∶2组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别很大，B正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C项正确；SiO2是酸性氧化物，但SiO2能和氢氟酸反应，D项不正确。解析4．下列物质：①水；②氢氟酸；③烧碱溶液；④浓硫酸；⑤氧化钙；⑥浓硝酸；⑦碳酸钠固体。其中，在一定条件下能与SiO2反应的是()A．只有②③⑤⑦B．只有①③⑤⑥C．只有①④⑥D．全部答案A答案解析SiO2不与水、浓硫酸、浓硝酸反应，与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，与烧碱溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaO=====高温CaSiO3，与碳酸钠固体反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑。解析本课小结