单质硅和二氧化硅
高中化学 第四章 第一节第1课时单质硅与半导体材料 二氧化硅与光导纤维课件 鲁科版必修1
与碳
与水 化 学 与酸 性与 质 NaO
H溶 液 与 CaO
用途
二氧化碳 CO2＋C==高=温==2CO CO2＋H2O
H2CO3 不反应
CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O
CO2＋CaO===CaCO3
饮料、制碱
二氧化硅 SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑ SiO2＋3C==高=温==SiC＋2CO↑
【思路点拨】 解答此题要注意以下两点: (1)熟悉硅及其化合物的化学性质。 (2)找准特殊条件作突破口。
【解析】 由图分析：A 与 O2 反应生成 B，而 B 与碳在高温下反应生成 A 可推知 A 是单质， B 是氧化物，而 A、B 均能与 NaOH 溶液反应， 应确认 A 是硅，B 是二氧化硅，则 D 是硅酸钠， C 是硅酸。
化学方程式为：_S_iO__2＋__2_C__=_=高_=温_=_=_S_i_＋__2_C_O_↑___。
想一想 1．具有金属光泽的物质是否一定是金属 单质？ 【提示】 不一定。如晶体硅具有金属光 泽，却是非金属单质。
二、二氧化硅和光导纤维
1．二氧化硅的结构
SiO2 晶体是由硅原子和氧原子按 1∶2 的比例 构成的，每个硅原子结合__4__个氧原子，每个 氧原子结合__2___个硅原子。
1．Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还 原出 Si： SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑。 2．非金属单质跟碱液的反应一般无 H2 放出， 但 Si 与碱液(如 NaOH 溶液)反应放出 H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 3．非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但
C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污 染程度低且容易有效控制 D．自然界中存在大量单质硅
硅单质和二氧化硅
二氧化碳CO2
二氧化硅SiO2
物质分类
均属于酸性氧化物
与碱性氧
高温
化物反应 CO2 ＋ CaO＝CaCO3
CaO＋SiO高2 ＝温CaSiO3
与碱反应 与水反应
CO2 ＋2NaOH＝ Na2CO3+H2O
CO2 ＋ H2O＝H2CO3
SiO2 ＋2NaOH＝ Na2SiO3+H2O
不反应
SiO2的特性——（只能与这一种酸反应） SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O
Si + O2 == SiO2
Si + C 高==温 SiC
4、硅的工业制法：（P81——9题）
5、硅的用途：
①半导体材料；②计算机芯片；③太阳能电池
二、二氧化硅（SiO2） 石英砂
（1）二氧化硅的存在形态：
天
然
有结晶形（石英晶体）
的
SiO2
水晶
玛瑙
硅
无定形——硅藻土
石
（2）二氧化硅的结构——科学视野
物理性质:_不__溶___于__水______硬__度___大____熔___点__高（1670℃） 化学稳定性:_很__稳___定___
玻璃的发现
1、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为 什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ （提示：玻璃中含有SiO2）
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠 的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起而不能打开。
未进行磨砂处理的玻璃,在常 温下是不能被强碱腐蚀的.
2、大家知道玻璃上的窗花是用什么 方法雕刻上去的吗？
SiO2 ＋ 4HF = SiF4↑＋ 2H2O 用途：刻蚀玻璃 特性——（只能与这一种酸反应）
单质硅和二氧化硅的用途
单质硅和二氧化硅的用途
单质硅和二氧化硅是最常见的硅元素的它们在日常生活中有广泛的用途。
单质硅是一种无色粉末状的硅化物，其化学式为Si，它
可以直接从天然硅矿中提取出来，也可以由硅酸盐进行水烧结而获得。
单质硅的主要用途是用于制造高纯硅半导体，用于制造电子和电力半导体，如太阳能电池板，半导体集成电路，光学元件等等。
另外，单质硅也可以用于制造硅橡胶，用于制造硅钢，用于制作冶金行业的耐火材料，以及用于硅化汽油等润滑剂等。
二氧化硅是一种透明的无色粉末或结晶，其化学式为SiO
2。
它可以通过高温氧化硅及其他方法获得，是最常见的
硅元素，也是最常用的硅元素。
二氧化硅主要用于制造抗紫外线的玻璃，用于制作抗酸性和耐热的玻璃，用于制作水泥，砖，瓷等建筑材料。
另外，二氧化硅也可以用于制造润滑剂，制造抗污染的涂料，制造填料或用作颜料。
综上所述，单质硅和二氧化硅是日常生活中最常用的硅元素，它们的主要用途是用于制造高纯硅半导体，制造玻璃，水泥，砖，瓷等建筑材料，以及制造润滑剂，涂料，填料等。
由于它们的独特性质，单质硅和二氧化硅在日常生活中发挥着重要作用。
硅和二氧化硅简介
硅（Si）硅guī（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。
硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。
硅在宇宙中的储量排在第八位。
在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，仅次于第一位的氧（49.4%）。
目录◆原子硅◆元素硅◆总体特性◆硅的用途◆缺乏症◆高硅症◆工业制取纯硅原子硅硅原子位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子。
电子在原子核外，按能级由低到高，由里到外，层层环绕，这称为电子的壳层结构。
硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。
最外层有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。
正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质[3]。
高纯硅电子转移.MP4元素硅元素描述：◆晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色◆密度2.32-2.34g/cm3◆熔点1410℃，沸点2355℃◆属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导体性质◆具有金刚石的晶体结构，电离能8.151电子伏特。
晶体硅的结构.flv◆化学性质：在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。
[2]加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用生成硅化物。
硅和二氧化硅
Si ＋ 2F2 ＝ SiF4 Si ＋ 4HF ＝ SiF4 ↑ ＋ 2H2 ↑ Si＋2NaOH ＋ H2O ＝ Na2SiO3 ＋ 2H2↑ ＋
Na2SiO3的水溶液称为水玻璃（但不是玻璃），又称泡花碱 的水溶液称为水玻璃（但不是玻璃）， ），又称泡花碱 但不是碱溶液，而是盐溶液），是一种矿物胶， ），是一种矿物胶 （但不是碱溶液，而是盐溶液），是一种矿物胶，有粘合 性。
一 .硅
4.硅的化学性质
Si与C同族，最外层均有四个电子，它们的化学性质有 与 同族 最外层均有四个电子， 同族， 许多相似点。 许多相似点。
1.常温下，化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不 常温下，化学性质不活泼， 氟气、氢氟酸和强碱外， 常温下 与其他物质（氧气、氯气、硫酸、硝酸等）反应。 与其他物质（氧气、氯气、硫酸、硝酸等）反应。
1、下列反应一步就能实现的是： 下列反应一步就能实现的是： A、SiO2---- H2SiO3 C、CuO----Cu(OH)2 CuO----Cu(OH) -------H B、CO2----H2CO3 ○ C、S------SO3 ------SO
2、将4.6gNa和5.6g硅粉同时投入适量水中，在标 4.6gNa和5.6g硅粉同时投入适量水中， 硅粉同时投入适量水中 准状况下产生H 的体积是： 准状况下产生H2的体积是： B、 A、2.24L B、2.8L C、 C、6.72L C、11.2L ○
三. 硅酸盐
硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分， 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界 中存在的各种天然硅酸盐矿物， 中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的 5%。 。 硅酸盐种类很多，多数难溶于水，只有含钾、 硅酸盐种类很多，多数难溶于水，只有含钾、 钠的硅酸盐是可溶的。 钠的硅酸盐是可溶的。 硅酸盐结构很复杂， 硅酸盐结构很复杂，通常可用二氧化硅和金 属氧化物的形式来表示其组成。 属氧化物的形式来表示其组成。
课件 硅单质与二氧化硅
与氢氟酸 反应
——
↑
光缆（8芯）
普通铜缆（8芯）
信息量 同时通10亿路电 同时通1800路电话 话 0.1 千克/米 11 千克/米 质量 价格 性能 20 元/米 16 元/米 耐腐蚀、抗电磁 干扰、保密性强 信息量小、抗干扰性 差易、腐蚀
硅酸凝 胶经干燥脱 水后得到多 孔的硅酸干
凝胶，称为
信息量小抗干扰性差易腐蚀耐腐蚀抗电磁干扰保密性强性能16价格11千克米01千克米质量同时通1800路电话同时通10亿路电信息量普通铜缆8芯光缆8芯真空干燥又名解析干燥是一种将物料置于负压条件下并适当通过加热达到负压状态下的沸点或着通过降温使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式
无机非金属材料的主角—硅
“硅胶”。
物质
燃烧热 （kJ/mol)
Si-26.30% Al-7.73%
碳 硅 铝
393.5 990.7 822.9
O-48.60%
1
你见过硅吗？硅的物理性质如何？
硅的物理性质：
灰黑色有金属光泽的固体, 熔沸点高,硬度大
半导体行业有句话：从沙滩到用户，从 这句话中你知道制备硅的原料是什么吗？
高温 高温
性质
与碱性氧化 物反应 与碱反应
酸性氧化物
二氧化碳(CO2)
CO2+Na2O=Na2CO3
二氧化硅(SiO2)
高温
SiO2+ CaO == CaSiO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
与水反应
CO2+H2O=H2CO3
——
SiO2+4HF=SiF4 +2H2O
硅知识点总结
硅及其化合物年月日硅元素在地壳中的含量排第二，在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅，常见的是二氧化硅、硅酸盐等。
硅的原子结构示意图为，硅元素位于元素周期表第三周期第ⅣA族，硅原子最外层有4个电子，既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的化合物。
1、单质硅（Si）：（1）物理性质：有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大。
（2）化学性质：①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。
Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。
Si＋O2高温SiO2Si＋2Cl2高温SiCl4（3）用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等。
（4）硅的制备：工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅。
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl2、二氧化硅（SiO2）：（1）SiO2的空间结构：立体网状结构，SiO2直接由原子构成，不存在单个SiO2分子。
（2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。
（3）化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应：①与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，应用橡皮塞）。
②与氢氟酸反应[SiO2的特性]：SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O（利用此反应，氢氟酸能雕刻玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。
③高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO高温CaSiO3（4）用途：光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、水晶镜片、石英钟、仪器轴承、玻璃和建筑材料等。
第4章 第1节 第1课时 单质硅与二氧化硅
第1节硅无机非金属材料第1课时单质硅与二氧化硅1.掌握Si、SiO2的性质。
重点2.认识Si和SiO2在生产中的应用。
1．硅的分布与存在(1)分布：硅在自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧，是构成矿物和岩石的基本元素。
(2)存在：自然界中没有游离态的硅，全部以化合态的形式存在。
2．半导体材料(1)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：最早使用的是锗(Ge)，现在最广泛使用的是硅。
3．硅单质(1)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导电性介于导体和绝缘体之间。
(2)化学性质(填写相应的化学方程式，下同)(3)制取与提纯粗硅：2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑ Si ＋2Cl 2=====△SiCl 4SiCl 4＋2H 2=====高温Si(纯)＋4HCl(4)用途：半导体材料，太阳能电池，硅合金。
[探究·升华][认知升华]硅的特性(1)Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ： SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑。
(2)非金属单质跟碱液的作用一般无H 2放出，但Si 与碱液(如NaOH 溶液)反应放出H 2：Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。
(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 却能与HF 作用：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。
(4)非金属单质一般不导电，但Si 为半导体，有一定的导电能力。
[题组·冲关]1．下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是( ) A ．氧化物都能与碱溶液反应B ．单质在加热时都能与氧气反应C ．碳和硅两种元素都有能导电的单质D ．常温下，碳和硅的单质化学性质都不活泼【解析】 碳的氧化物有CO 和CO 2，CO 不能与碱溶液反应。
【答案】 A2．在高温下，碳与硅可形成SiC 。
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单质硅和二氧化硅
【学习目标】
了解硅、二氧化硅的物理性质，掌握其化学性质。
【课前预习案】
一、单质硅与半导体材料
1.无机非金属材料包括、、等。
传统无机非金属材料是以为主要成分，主要包括、、。
2.半导体材料特指导电能力介于和之间的一类材料。
最早使用的半导体材料是，该材料的化学性质在常温下稳定；现在广泛使用的半导体材料是
3.单质硅：
（1）存在和含量：在地壳中，含量居第二位（O、Si、Al、Fe),只有化合态，是构成矿物和岩石的主要成分。
有和两种同素异形体。
（2）物理性质：晶体硅是色、有、的固体。
单质硅的导电性介于和之间。
（3）化学性质：
常温下，化学性质不活泼，不易与H2、O2、Cl2、H2SO4、HNO3等物质反应，但能与F2、HF、NaOH反应，方程式为：Si+2F2=SiF4; 4HF+Si= SiF4↑+2H2↑;
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
加热时，能与O2、Cl2、H2、C等非金属反应
Si+O2===
（4）硅的制取：工业制粗硅：化学方程式：
在该反应中，氧化剂是，还原剂。
粗硅的提纯：在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅，反应方程式为、
（5）硅的用途
硅的用途非常广泛，不但可用于制造、，还用于制造和等，此外，的用途也很广。
二、二氧化硅与光导材料
1.存在：广泛存在于自然界中，、的主要成分就是二氧化硅。
2.物理性质：二氧化硅是由和构成的，硬度，熔、沸
点，难溶于水的固体。
3.化学性质：（1）酸性氧化物：
不溶于水，也不与水反应，可以与NaOH、CaO反应，方程式分别
为：、
（2）常温可与氢氟酸反应（特性）
方程式为，此反应工业上常用来
4.二氧化硅的用途广泛，常被用来制造石英表中的材料和高性能的现代通讯材料。
【探究案】
1、实验室试剂的正确保存非常重要。
实验室可用广口瓶贮存固体试剂，细口瓶存放液体试剂，但是有些试剂必须贮存在具橡胶塞的玻璃试剂瓶中。
以下物质必须贮存在具有橡
胶塞的玻璃试剂瓶中的是。
①KOH溶液②盐酸③水玻璃（Na2SiO3的水溶液，具有粘性）④氢氟酸⑤澄清石灰水⑥硝酸⑦NaOH溶液⑧溴
2
1．在一定条件下，下列物质与二氧化硅不反应的是()
A．氢氟酸B．浓硫酸C．烧碱D．生石灰
2．常温下，下列物质不发生反应的一组是()
①硅与NaOH溶液②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与碳酸钠
⑤二氧化硅与NaOH 溶液⑥二氧化硅与浓硝酸
A．①②④ B．③④⑥C．②⑤⑥ D．②④⑥
3、在一些实验中需要熔融的氢氧化钠，熔融氢氧化钠应选用的器皿是（）
A.石英坩埚
B.普通玻璃坩埚
C.生铁坩埚
D.陶瓷坩埚
4、以下说法正确的个数是（）
①纳米材料是一种称为"纳米"的新物质制成的材料②绿色食品是指不含任何化学物质的食品③生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气④二氧化硅具有导电性，所以可做光导纤维⑤硅胶可用作食品干燥剂⑥自然界中存在单质硅
A、1 B 、2 C、3 D、都错误
5、反应SiO2+3C======SiC+2CO↑中，氧化剂与还原剂的质量比为（）
A.36:60
B.60:36
C.1:2
D.2:1
6、下列5个转化，其中不能通过一步反应实现的是 ( )
① SiO2→ Na2SiO3② CuSO4→ CuCl2③ SiO2→ H2SiO3
④ CuO → Cu（OH）2⑤ Na2O2→ Na2SO4
A．①② B．③④ C．②③④ D．②③④⑤
7、下列各物质的用途（括号内为用途），错误的是（）
A.硅（半导体材料）
B.二氧化硅（光导纤维）
C.溴化银（感光材料）
D.碳酸钡（透视钡餐）
8、（双选）将过量的CO2通入下列溶液中，最终出现浑浊的是（）
Ａ．CaCl2溶液Ｂ．石灰水Ｃ．饱和Na2CO3溶液
Ｄ．水玻璃 E.漂白粉溶液。