高中化学--硅和二氧化硅学案

高中化学--硅和二氧化硅学案
[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。

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□01化合态的形式存在，常见的化合态的硅有□
02二氧化硅和□03硅酸盐等，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)
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H 2、O 2、Cl 2、H 2SO 4、HNO 3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Cl 2反应：Si ＋2Cl 2=====△
SiCl 4
与O 2反应：□
10Si ＋O 2=====△
SiO 2(加热时研细的硅能在氧气中燃烧)。

4．粗硅的制备
□11SiO 2＋2C=====高温
Si ＋2CO↑ 5．硅的用途
(1)□12高纯硅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□134%的钢具有良好的导磁性，可以用来制造□14变压器铁芯；含硅□1515%左右的钢具有良好的耐酸性，可以用来制造□16耐酸设备等。

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SiO 2⎩⎪⎨⎪⎧ 石英⎩⎨⎧ 水晶玛瑙沙子
无定形SiO 2
：硅藻土
2．二氧化硅的物理性质
纯净的二氧化硅晶体□01无色，熔点□02高，硬度□03大，□04不溶于水，不溶于其他一般溶剂。

3．二氧化硅的化学性质
SiO 2是一种□05酸性氧化物，其化学性质不活泼，在通常情况下，不与水、酸(□06氢氟酸除外)发生反应，能与碱溶液缓慢反应，在高温下能与□
07碱性氧化物反应。

(1)
酸性氧化
物的通性⎩⎪⎨⎪⎧
与碱反应生成盐和水，如与NaOH 反应：
□08SiO 2
＋2NaOH===Na 2
SiO 3
＋H 2
O
与碱性氧化物反应生成盐，如高温时与
CaO 反应：□
09SiO 2
＋CaO=====
高温CaSiO 3
(2)弱氧化性(与碳反应)：□10SiO 2＋2C=====高温
Si ＋2CO↑ (3)与某些盐反应：
SiO
2＋Na
2
CO
3
=====
高温
□11Na2SiO3＋CO2↑
SiO
2＋CaCO
3
=====
高温
□12CaSiO3＋CO2↑
(4)特性(SiO
2
能与氢氟酸反应)：□13SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 4．二氧化硅的用途
(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。

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O
2、Cl
2
、S、C、N
2
、Br
2
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：O
2、Cl
2
等反应，这是Si与O
2
、
Cl
2、Br
2
等的不同之处。

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。

[点拨提升]
1．反应SiO
2
＋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CO
2。

2．粗硅在加热条件下和Cl
2反应生成SiCl
4
，SiCl
4
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，SiCl
4和H
2
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F
2
、HF和强碱溶液反应：
Si＋2F
2===SiF
4
Si＋4HF===SiF
4↑＋2H
2
↑
Si＋2NaOH＋H
2O===Na
2
SiO
3
＋2H
2
↑
其中Si与HF、Si与强碱溶液反应产生H
2
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① B．只有⑤
C．②和③ D．①和④
答案 D
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。

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
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。

二、SiO
2
的性质
[交流研讨]
从物质的分类看SiO
2
属于哪一类？可能具有什么性质？
提示：SiO
2
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。

[点拨提升]
SiO
2与CO
2
的比较
知识拓展
SiO
2和H
2
SiO
3
的特性
(1)SiO
2是H
2
SiO
3
的酸酐，但它不溶于水，不能直接用它与水反应来制取H
2
SiO
3。

(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO
2
的却很高。

(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO
2能跟HF作用：SiO
2
＋4HF===SiF
4
↑＋2H
2
O。

(4)H
2CO
3
的酸性大于H
2
SiO
3
，所以有Na
2
SiO
3
＋CO
2
＋H
2
O===H
2
SiO
3
↓＋Na
2
CO
3
，但在高温下
Na
2CO
3
＋SiO
2
=====
高温
Na
2
SiO
3
＋CO
2
↑也能发生，原因
是CO
2是低沸点、易挥发的气体，SiO
2
是高沸点、难挥发的固体。

(5)无机酸一般易溶于水，但H
2SiO
3
却难溶于水，且易分解：H
2
SiO
3
=====
△
SiO
2
＋H
2
O。

[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
解析水晶的主要成分为SiO
2，A项正确；CO
2
是由分子构成的，而SiO
2
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；SiO
2
不溶于水也不与水反
应，C项正确；SiO
2是酸性氧化物，但SiO
2
能和氢氟酸反应，D项不正确。

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SiO
2
反应的是( )
A．只有②③⑤⑦ B．只有①③⑤⑥
C．只有①④⑥ D．全部
答案 A
解析SiO
2不与水、浓硫酸、浓硝酸反应，与氢氟酸反应的化学方程式为SiO
2
＋
4HF===SiF
4↑＋2H
2
O，与烧碱溶液反应的化学方程式为SiO
2
＋2NaOH===Na
2
SiO
3
＋H
2
O，与氧化钙
反应的化学方程式为SiO
2＋CaO=====
高温
CaSiO
3，与碳酸钠固体反应的化学方程式为SiO
2
＋Na
2
CO
3
=====
高温
Na
2
SiO
3
＋
CO
2
↑。

本课小结。