第四章 第1节 第1课时 半导体材料和光导纤维
鲁教版高一化学第四章知识点梳理：第一节第一课时
鲁教版高一化学第四章知识点梳理：第一节第一课时鲁教版高一化学第四章知识点梳理：第一节第一课时知识点1??半导体材料与单质硅1.半导体材料半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。
最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。
目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。
常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。
2.单质硅(1)存在：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。
化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分，硅在地壳中的含量居第二位。
(2)物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。
晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高(1410℃)，是良好的半导体材料。
(3)化学性质：①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。
例如：Si + 2NaOH + H2O?=Na2SiO3?+ 2H2↑;Si + 2F2?=SiF4;Si +4HF?=?SiF4↑+ 2H2↑。
是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域。
答案：A、D典例2：有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。
假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是A.便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料??????????????B.自然界的含硅化合物易开采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研析：有些燃料，如氢气具有发热量大，无污染等优点，但从运输、储存角度就不如硅了，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的;另外，硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。
但需注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。
化学必修1第四章第一节硅
思考： CO2＋H2O＝H2CO3 ，但是SiO2不 能与水直接化合成H2SiO3。
那怎样制备H2SiO3呢？
实验4-1 向饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴
入稀盐酸.
现象
滴入酚酞溶液呈红色，滴入 盐酸有透明的硅酸凝胶产生
Na2SiO3呈碱性，硅酸难溶于水
结论
方程式 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3(胶体)+2NaCl
生活中随处可见的含硅化合物及产品
具有特殊功能的含硅物质
碳化硅（SiC俗称金 刚砂），具有金刚 石的结构。硬度很 大，用作砂纸、砂 轮的磨料。
硅 钢（铁合金） 导磁性良好，用 作变压器铁芯
硅橡胶：既耐高温又 耐低温 制造飞机、火箭、 导弹的零件和绝缘 材料
分子筛：具有均匀微孔结 构的铝硅酸盐 Na 2O· 2O3 · Al 2SiO2 · 2O nH 主要作吸附剂和催化剂
5、硅酸的存在
• 硅酸浓度较小时易聚合形成硅酸溶胶，硅酸 浓度较大时则形成硅酸凝胶 • 硅酸凝胶干燥脱水——硅酸干凝胶，又称为 硅胶，吸附水分能力强，常用作干燥剂，也 用作催化剂的载体
原硅酸H4SiO4 白色胶状沉淀，弱酸
硅酸可看成原硅酸失去一个水得到的
二、硅酸盐
1、是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 2、结构复杂的固态物质，大多不溶于水， 化学性质很稳定 3、硅酸钠（Na2SiO3),其水溶液俗称水玻璃， 是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
高温
雕刻玻璃
在玻璃表面涂上一层石蜡
在石蜡上雕刻出花纹，向 挖空部分加少量氢氟酸
洗掉酸并去掉石蜡
SiO2与CO2化学性质的比较
性质
与碱性氧化 物反应
二氧化碳(CO2)
高二物理光导纤维知识点
高二物理光导纤维知识点光导纤维作为一种重要的光通信传输介质，具有较大的信息传输容量、低损耗、免疫电磁干扰等优势。
掌握光导纤维的相关物理知识点对于高二学生来说至关重要。
本文将从光导纤维的基本概念、光的全反射、多模光纤和单模光纤等多个方面进行论述。
一、光导纤维的基本概念光导纤维是由具有不同折射率的两层材料组成，外层为折射率较低的包层，内层为折射率较高的芯层。
这种构造使得光在光导纤维中发生全反射，从而实现光信号的传输。
二、光的全反射光的全反射是光导纤维能够传输光信号的基础。
当光从高折射率介质进入低折射率介质时，入射角大于临界角时发生全反射。
利用这一原理，光可以在光导纤维中沿着芯层传播，而不会因为折射而泄露出去。
三、多模光纤多模光纤是光导纤维的一种，其中芯层直径较大，可以支持多种传输模式。
多模光纤的特点是传输简单、成本较低，适用于短距离通信。
然而，由于多种模式的传输导致信号传输速度快慢不一，存在色散和衰减等问题。
四、单模光纤单模光纤是另一种光导纤维，其芯层直径较小，只能支持一种传输模式。
单模光纤的特点是传输距离远、速度快、信号质量好。
在长距离通信和高速网络传输中，单模光纤是首选的传输介质。
五、光信号的调制与解调光信号的调制是将信息信号转换为光信号的过程，常用的调制方式有强度调制、频率调制和相位调制等。
而解调是将光信号转换为信息信号的过程，常用的解调方式有幅度解调、频率解调和相位解调等。
六、光纤通信的优势和应用光纤通信相比传统的电信号传输具有许多优势，如大容量、低延时、抗干扰、隐蔽性强等。
因此，光纤通信已广泛应用于电话通信、互联网、有线电视等领域。
随着技术的发展，光纤通信将在未来的信息传输中扮演更为重要的角色。
七、光导纤维的研究和发展趋势随着科学技术的不断进步，光导纤维的研究也在不断深入。
目前，人们正在努力提高光导纤维的传输速度和容量，减小光信号的衰减和色散，并开发新的光导纤维材料和技术。
未来，光导纤维有望实现更高速、更稳定、更可靠的光信号传输。
半导体材料概述
12
2）C60
❖ C60分子由五原环和 六元环构成的炭笼分 子结构
❖ 常温常压下发生向金 刚石转变的结构变相， 为金刚石的人工合成 提供了潜在的新途径
❖ 金刚石薄膜CVD淀 积前在衬底上涂一层 C60对成核起明显促 进作用
炭笼分子结构
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3）碳纳米管（CNT）
❖ 碳纳米管是一种长约不到数微米、直径数纳米到数十纳米 的中间空闭合管状物。
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硅材料的优点
❖ 资源丰富、易于提高到极纯的纯度
❖ 较易生长出大直径无位错单晶
❖ 易于对进行可控n型和p型掺杂
❖ 易于通过沉积工艺制备出单晶硅、多晶硅和 非晶硅薄膜材料
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❖ 易于进行腐蚀加工 ❖ 带隙大小适中 ❖ 硅有相当好的力学性能 ❖ 硅本身是一种稳定的绿色材料
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❖ 可利用多种金属和掺杂条件在硅上制备低阻 欧姆接触
❖ 多晶硅薄膜由于具有比非晶硅TFT(薄膜场效 应晶体管)更高的载流子迁移率、更快的开关 速度、更高的电流驱动能力、可与CMOS工 艺兼容等特点
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非晶硅的优点
❖ 非晶硅薄膜是器件和电路加工所用表面钝化 膜材料之一
❖ 对活性半导体表面进行钝化对提高器件性能、 增强器件和电路的稳定性、可靠性；提高其 封装成品率等有重要作用
❖ 室温下，GaAs在水蒸气和氧气中稳定
❖ 加热到6000C开始氧化，加热到8000C以上开 始离解
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GaAs电学性质
❖ 电子迁移率高达 8000 cm2 V S
❖ GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15， 是硅电子的1/3
❖ 用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快 3~4倍
❖ 高频器件，军事上应用
7
半导体的晶体结构
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
第四章第一节硅 、无机非金属材料 学案( 第一课时 )
第四章第一节硅、无机非金属材料预习检测( 第一课时）班级姓名1下列变化需要加入氧化剂才能实现的是：（）A、SiO2→SiO32-B、Si→SiO32-C、SiO2→SiD、SiCl4→Si2．下列关于硅的说法不正确的是（）A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D．当加热到一定程度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应3目前被广泛用于信息传输方面的最好材料为（）A、银B、铜C、铝D、光导纤维4、物质不能由单质直接化合生成的是（）A、FeCl3B、CuSC、SiO2D、Al2O35下列物质在空气中久置容易变质。
不是因为发生氧化还原反应的是（）A 过氧化钠B 硫酸亚铁溶液C 水玻璃D 亚硫酸钠6、证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（）A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解C．加热至高温，观察是否有气体冒出，是否有硅酸钙生成D．先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解7、下列说法正确的是( )(A)硅材料广泛应用于光纤通讯(B)工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品(C)水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品(D)粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应8、地壳中含量占一、二位的元素形成的化合物不具有的性质是（）A．熔点高，硬度大B．常温下能与烧碱溶液反应C．高温时能与纯碱反应D．能与水蒸气反应生成酸第五章第一节硅、无机非金属材料课后拓展训练( 第一课时）班级姓名1：下列有关硅的叙述中，正确的是（）A．硅在常温下能跟氢气起化合反应。
B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位。
C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应。
D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料。
2：有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。
高中化学二轮配套课件(鲁科版必修一)第四章 第1节 第1课时 单质硅与二氧化硅
知 清
识 单
(4)工业制法：
高温 SiO2＋2C=====Si＋2CO ____________________________________________
____________________________。 (5) 用 途 ： 制 晶 体 管 、 集成电路 ________ 、 硅 整 流 管 、 ________、合金。 太阳能电池
栏 目 链 接
(5)不能用玻璃瓶盛放氢氟酸溶液。( √
)
自 检
学 测 2．下列关于硅的叙述中，错误的是( )
①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫水晶
单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间 属光泽，故它属于金属材料，能导电 好的导磁性和耐酸性 A．①② B．②③
②
③晶体硅具有金 ④含硅的钢具有良
面。
自 检
学 测 1．判断正误。
(1)SiO2与CO2相似，通常状况为气体。( × )
(2)SiO2溶于H2O可得硅酸(H2SiO3)。( × ) (3)SiO2 与氢氟酸反应，说明 SiO2 是一种碱性氧化物。 ( × ) (4)1 mol SiO2中含有6.02×1023个SiO2分子。( × )
知 清
识 单
3．单质硅。
无定形硅。 (1)同素异形体：晶体硅 ________和________
灰黑色 ，有________ 金属 光泽， (2)物理性质：晶体硅是________
硬而脆 的固体。 ________ (3)化学性质：加热条件下与O2反应：
栏 目 链 接
△ Si＋O2=====SiO2 _______________________________________________
2020-2021学年人教版必修1 第4章 第1节 第1课时 二氧化硅和硅酸 作业
第四章 第一节 第一课时 二氧化硅和硅酸课时跟踪训练一、选择题1.(2019·山西芮城县期末)关于硅及其化合物的叙述中，正确的是( )A.硅是良好的半导体材料，且是制造光缆的主要材料B.玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀玻璃形成的C.工业用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO 2＋C=====高温Si ＋CO 2↑D.SiO 2是酸性氧化物，在一定条件下能和氧化钙反应解析：选D 硅是良好的半导体材料，但制造光缆的主要材料是二氧化硅，故A 项错误；盐酸与二氧化硅不反应，玻璃上的精美刻花，是工艺师用氢氟酸刻蚀玻璃形成的，故B 项错误；工业上可以用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑，故C 项错误；SiO 2是酸性氧化物，在一定条件下能和氧化钙反应生成硅酸钙，故D 项正确。
故选D 。
2.下列叙述中，正确的是( )A.自然界中存在大量的单质硅B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C.二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱的溶液发生化学反应D.自然界中硅元素都存在于石英中解析：选B 硅元素在自然界中无游离态，主要以二氧化硅、硅酸盐形式存在，故A 错误；石英、水晶、硅石的主要成分是二氧化硅，故B 正确；二氧化硅性质稳定，与酸反应只能和氢氟酸反应，与强碱反应，故C 错误；自然界中硅元素存在于水晶、石英石、玛瑙、硅石中，故D 错误。
3.(2018·山东桓台期末)下列关于硅及其化合物的叙述错误的是( )A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品B.水晶、玛瑙的主要成分都是SiO 2C.SiO 2很稳定，与所有的酸都不反应D.SiO 2是制作光导纤维的材料解析：选C 陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐，所以都是硅酸盐产品，A 正确；水晶、玛瑙的主要成分都是SiO 2，B 正确；SiO 2的化学性质很稳定，不与强酸和强氧化剂反应，但能与HF 和强碱反应，C 错误；SiO 2是制光导纤维的主要材料，D 正确。
第四章半导体材料-PPT课件
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并非所有半导体都能发光。Si、Ge不发光。由能 带结构决定。间接能带结构的半导体不发光。直接能带 结构的半导体才发光。（发光材料一章介绍） Si、Ge是间接能带结构。Ⅲ-Ⅴ族化合物如GaAs、 InP是直接能带，可以发光，被用作激光器和发光管。
目前，科学家正努力寻找Si发光的方法，如Si纳米 结构、超晶格。若成功，将使微电子器件和光电子器 件集中在一个硅片上，能大大提高效率、降低成本， 称为光电集成。
统称为半导体微结构材料（人工材料）
A B 异质结—两种不同半导体材料组成的结 量子阱—两个同样异质结背对背 ABA B ABA B 超晶格—两种或以上薄层周期性交替 生长。
半导体中自由电子局限于一个平面内运动——二维 电子气 理论上证明：二维运动电子发射光比 体材料三维运动电子发光更集中，更适合 做激光器，还有其他应用。 可以选择不同材料，设计具有不同禁带宽度和光 学性质的量子阱、超晶格制作新型光电器件——称为能 带裁剪工程。 二、超晶格种类 1、组分超晶格 不同半导体材料薄膜堆垛而成。
Si Si Si
Si
Si中掺5价P，P取代Si原子。4个 价电子与Si组成共价键。第5个价电 子多余，输送到导带上成为自由电 子。导带中电子导电。 产生的自由电子浓度约等于杂质 原子浓度（可控）。
导带
Si Si
e
Si
P
Si
导带
P
P
施主
P
P
n型半导体
价带
P
P
施主
P
P
价带
P称为施主杂质，表示能给出一个价电子。
当T升高，电子激发到 导带，在价带留下空穴。在 电场作用下，导带中电子和 价带中空穴均导电，称为本 征导电。
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 。
04-1第四章__第一节__无机非金属材料的主角——硅[1]
![04-1第四章__第一节__无机非金属材料的主角——硅[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7b804eb19e8b8f67c1cb93a.png)
3．组成的表示 ． 通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，如： 通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成， 硅酸钠(Na2SiO3) 硅酸钠 Na2OSiO2 ；
普通玻璃(Na 普通玻璃 2CaSi6O14） ）
Na2OCaO6SiO2
4．硅酸盐的用途 ． (1)土壤保肥——土壤胶体一般带 负电，能吸附 土壤保肥——土壤胶体一般带 土壤保肥—— 、 .
3．制取 ． 实验操作 实验现象 结论
滴加酚酞溶液后溶液 Na2SiO3溶液呈 红 呈 色，滴加稀盐酸 碱 反应方程式： 性；反应方程式： 后溶液变为无色， 后溶液变为无色，有 Na2SiO3＋2HCl 生成 === 2NaCl＋H2SiO3↓ ＋ 白色沉淀 4．用途 ． “硅胶”可作 硅胶” 干燥剂 、 催化剂 的载体． 的载体．
二．CO2和SiO2
物质 化学式 二氧化硅 SiO2 二氧化碳 CO2
主要物理性质
硬度 大 熔、沸点 高 ，常 熔、沸点 低，常温下 ， 温下为 固体，不溶于水 为气体，微溶于水 为气体，
①与水反应 化学 性质 ②与酸反应
不反应 CO2＋H2O H2CO3 只与HF反应： 只与 反应： SiO2＋4HF == 反应 SiF4↑＋2H2O ＋ 不反应
物质 化学 性质 ⑤与碱 性氧化 物反应 用途
二氧化硅
二氧化碳 如与Na2O反应： 反应： 如与 反应 CaSiO3 CO2＋Na2O Na2CO3 制饮料、 制饮料、制碳酸盐
如与CaO反应： 反应： 如与 反应 SiO2＋CaO
光导纤维、光学仪器、 光导纤维、光学仪器、电 子部件
既能与酸反应，又能与碱反应， 【注意】 SiO2既能与酸反应，又能与碱反应，但它不是 注意】 两性氧化物，而实际上 是一种酸性氧化物 酸性氧化物． 两性氧化物，而实际上SiO2是一种酸性氧化物． 一般情况下，碱性氧化物＋ 一般情况下，碱性氧化物＋酸 === 盐＋水，SiO2是酸 性氧化物，却能与氢氟酸发生反应： 性氧化物，却能与氢氟酸发生反应： SiO2＋4HF === SiF4↑＋2H2O. ＋
高中化学 4.1.1 半导体材料和光导纤维课件 鲁科版必修1A
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(3)化学性质。 ①在常温下,硅的化学性质不活泼,硅能和氟气、氢氟酸和强碱反 应,但它不易跟其他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。 ②在加热条件下,硅能跟某些非金属单质发生反应。例如,加热时, 研细的硅能在氧气中燃烧,生成二氧化硅并放出大量的热。 请写出下列化学方程式:
a.硅和氟气反应:Si+2F2 SiF4。 b.硅和氢氟酸反应:Si+4HF SiF4↑+2H2↑。 c.硅和氢氧化钠溶液反应:Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑。 d.硅在氧气中加热:Si+O2 SiO2。
答案:D
重难点一 重难点二
情景导入 知识点拨 典例引领
重难点一 重难点二
情景导入 知识点拨 典例引领
成功体验2 下列说法正确的是( ) A.单质硅能在空气中稳定存在 B.地壳中硅的储量丰富 C.二氧化硅可用做半导体材料
D.在反应 SiO2+3C SiC+2CO↑中氧化剂与还原剂的物质的 量之比为 1∶3
重难点一 重难点二
情景导入 知识点拨 典例引领
二氧化碳与二氧化硅的性质比较
二氧化碳
存在 空气中 物理 熔沸点低,常温时为 性质 气体,微溶于水
二氧化硅 岩石中,硅石、石英、水晶、硅 藻土中都含 SiO2
坚硬难熔的固体,不溶于水
重难点一
重难点二
二氧化碳
与碳 CO2+C 2CO
与水 CO2+H2O 与酸 不反应
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(4)工业制法。 ①工业制硅的原理:SiO2+2C Si+2CO↑。 ②粗硅提纯: 工业上,用焦炭还原二氧化硅的方法制得的硅中含有少量杂质,叫 作粗硅。工业对粗硅进行提纯的原理为:在高温下让粗硅跟氯气反 应,其产物在高温下被氢气还原,从而得到较纯的硅。请写出上述 过程中有关的化学方程式:
硅单质
硅 的 广 泛 存 在
硅 的 广 泛 存 在
硅 的 广 泛 存 在
硅的存在形式
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的， 因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐 的形式存在。 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子 和土壤、约占地壳总量的90%以上。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。 碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳 中大部分的岩石、沙子和土壤、
约占地壳总量的90%以上。
我们生存的地球，她坚硬的 地壳是由什么构成的？
岩石 ——构成岩石的主要成分
是硅酸盐及硅的氧化物。
硅元素(silicon)在地壳中的含量
氢0.16% 其他1.20%
镁2.00%
钾2.47%
钠2.74% 钙3.45% 铁4.75%
2.物理性质
结构类似金刚石，为 硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。
3.化学性质 在常温下化学性质不活泼
Si+2F2==SiF4
(1). 硅在加热或高温下可与O2、卤素、碳等反应
Si + O2 SiO2
Si+2X2 SiX4（X=Cl、Br、I）
高温
Si + C
SiC
(2). 硅常温下可与F2 、HF 、强碱反应
硅26.3%
铝7.73%
硅26.3%
氧48.6%
豪门二杰---碳、硅
碳--统治了有机界：碳是构成有机物的主要元素。 硅—统治了无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
碳、硅在元素周期表的位置：
一、硅单质
硅的分布与存在
• 存在：没有游离态，只有化合态 • 分布：自然界中分布广泛，在地
高考化学一轮复习第四章第1节碳、硅及无机非金属材料教师用书
高考化学一轮复习第四章第1节碳、硅及无机非金属材料教师用书[考试说明] 1.了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。
2.了解碳、硅及其化合物对环境质量的影响。
3.了解常见无机非金属材料的性质和用途。
[命题规律] 碳、硅及其化合物的性质是高考的常考点，其考查方式有：结合原子结构、元素周期律以选择题型考查碳、硅及其化合物的性质及应用；以新材料、新技术为背景结合工艺流程图以填空题型考查碳、硅的化合物的性质及应用等。
考点1 碳、硅单质及其氧化物的性质知识梳理1.碳单质的存在、性质和用途2．硅单质的存在、性质和制备(1)存在、结构及物理性质(2)化学性质硅的化学性质不活泼，常温下不能被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化，只能与F 2、氢氟酸、强碱溶液反应；在加热条件下，能与O 2、Cl 2等少数非金属单质化合。
写出下列相关反应的化学方程式：(3)工业制备反应原理：①制粗硅□20SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑， ②粗硅的提纯□21Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4、□22SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl 。
3．碳和硅的氧化物 (1)一氧化碳CO 是无色无味的□23有毒气体，□24不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的□25还原剂。
(2)二氧化碳和二氧化硅(1)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。
(2)不能依据反应2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑来说明C 的还原性比Si 强，也不能依据反应SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑来说明SiO 2水化物的酸性比H 2CO 3强。
(3)用于半导体材料的是高纯的晶体硅，用作光导纤维材料的是SiO 2。
(4)SiO 2是酸性氧化物，但能与HF 反应，因此盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，要用特制的塑料瓶。
盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO 2与碱溶液反应生成具有黏性的Na 2SiO 3。
2013高考总复习化学：第四章第1节
程式分别为：
与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===
2NaCl＋H2SiO3↓。
栏目 导引
第四章
材料家族中的元素
Na2SiO3＋CO2 与CO2水溶液反应：______________ ＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 ______________________________。 (3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃 材料。 3.硅酸盐
第四章
材料家族中的元素
(1)物理性质 灰黑色 晶体硅是________的固体，有金属光 高 泽，硬度大，熔点和沸点______，导 导体 绝缘体 电性介于______和________之间。 (2)化学性质 在常温下只与F2 、HF和强碱溶液反 应，相关化学方程式分别为：
栏目 导引
第四章
材料家族中的元素
高温且不是在溶液中进行的，而主要 是利用了CO2 与SiO2熔、沸点不同， 生成的CO2脱离反应体系，致使反应
向右进行。
栏目 导引
第四章
材料家族中的元素
三、硅酸及无机非金属材料
1．硅酸
(1)物理性质
不 硅酸________溶于水，其酸性比碳酸 不能 弱 ____，硅酸_______ (填“能”或“不 能”)使紫色石蕊试液变红。
应生成的SiF4 易挥发，而强碱与SiO2 反应生成的Na2SiO3具有黏性。
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第四章
材料家族中的元素
考点串讲深度剖析
硅及其化合物的特性和 应用
1．硅及其化合物的特性 (1)Si的还原性大于C，但C却能在高 温下还原出Si。
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第四章
材料家族中的元素
(2)非金属单质跟碱作用一般无H2放 出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2。 (3)非金属单质一般不跟非氧化性酸 作用，但Si能跟氢氟酸作用且放出氢 气。 (4)非金属单质一般为非导体，但Si可
高一化学第四章第一二节硅和氯讲义
第一节 无机非金属材料的主角——硅一、硅1．硅元素的存在硅元素在地壳中的含量仅次于氧元素，居第二位，硅酸盐及二氧化硅构成了地壳中大部2.其原子既不易失去电子也不易得到电子，主要形成四价化合物。
注意：①在地壳中的元素含量排前五位是“氧硅铝铁钙”②硅元素虽然比较稳定，但因为其为亲氧元素，故自然界中只有化合态无游离态。
二、硅单质单质硅有晶体和无定形两类（与碳相似），其结构与金刚石相似。
1.硅的性质⑴晶体硅是一种灰黑色、具有金属光泽的固体，硬度大、熔沸点高、有脆性，是良好的半导体材料。
⑵硅的化学性质很稳定，常温下除F 2、HF 、强碱外，一般不与其他物质反应，加热时可与O 2、Cl 2等反应。
2Si +2 NaOH+2H 2O = Na 2SiO 3+2H 2↑注.常见的硅酸盐—Na 2SiO 3Na 2SiO 3的水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，能制备硅胶、木材防火剂、粘胶剂等。
2.硅的用途它在元素周期表中处于金属与非金属的过渡位置，故可做半导体，如硅芯片，光电池，太阳能板等。
3.硅的制备SiO 2粗硅) + 2CO ↑；Si( 粗硅) + 2Cl 4 ；SiCl 4 + 2H 2精硅) + 4HCl三、二氧化硅(SiO 2)1.SiO 2的存在（阅读课本P74）SiO 2主要以晶体和无定形两大形态存在，统称硅石。
沙子、石英、玛瑙和水晶的主要成分是结晶的SiO 2。
2. SiO 2的结构SiO 2晶体是有Si 和O 按1：2的比例所组成的立体结构，基本结构单元为 (正四面体)。
每个Si 周围结合4个O ，每个O 周围结合2个Si ，因此SiO 2晶体中不存在单个的二氧化硅分子。
3. SiO 2的物理性质熔点高、硬度大、不溶于水的固体4. SiO 2的化学性质⑴不与水、一般的酸反应。
⑵具有酸性氧化物的通性：①与CaO 反应的化学方程式为：SiO 2 + CaO 高温 CaSiO 3；②与强碱反应的化学方程式为：SiO 2+ 2NaOH Na 2SiO 3+H 2O ；注意：①虽然SiO 2是酸性氧化物，但是不能与水直接化合成硅酸：②粗糙的SiO 2可与NaOH 反应，故不能用带玻璃塞的玻璃试剂瓶保存⑶特性：与氢氟酸反应：SiO 2 + 4HF SiF 4↑+2H 2O ；(可用于雕玻璃)高沸点制低沸点：Na 2CO 3+ SiO 2CO 2 ++Na 2SiO 35．用途：⑴ SiO 2是制造光导纤维的主要原料⑵ 石英制造石英玻璃、石英电子表、石英钟等。
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一、选择题
1．有关硅元素的下列叙述正确的是()
A．硅与任何酸都不反应
B．硅元素是构成矿物岩石的主要成分之一，其化合态几乎全部是氧化物和硅酸盐
C．硅的性质很稳定，能以游离态形式存在于自然界中
D．常温时硅不与任何物质反应
解析：硅是亲氧元素，在自然界中全部以化合态形式存在，主要是以氧化物和硅酸盐的形式存在，B对，C错；常温时，硅能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液等发生反应，A、D都错。
答案：B
2．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⑤
C．②和③D．①和④
解析：Si、Ge均能导电，可作半导体材料；Al是电的良导体；石墨也能导电，但不能作半导体材料；金刚石不导电。
答案：D
3．下列关于SiO2的说法中错误的是()
A．SiO2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的
B．在SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子相连
C．石英、水晶、玛瑙的主要成分都是SiO2
D．自然界中SiO2主要存在于石英矿和硅酸盐中
解析：SiO2是由Si原子和O原子以1∶2的比例结合形成的立体网状结构，并不以分子的形式存在。
答案：A
4．下列叙述中正确的是()
A．自然界中存在大量的单质硅
B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅
C．二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱溶液发生化学反应
D．自然界中二氧化硅都存在于石英中
解析：自然界中硅元素含量很高，但都以化合态形式存在，A项错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D项错误；二氧化硅的性质稳定，C项错误。
答案：B
5．用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的
字样，则该溶液是( ) A ．盐酸 B ．氢氟酸 C ．烧碱
D ．饱和食盐水
解析：能腐蚀玻璃的是氢氟酸。
答案：B
6．熔融氢氧化钠反应选用的器皿是( ) A ．陶瓷坩埚 B ．石英坩埚 C ．普通玻璃坩埚
D ．生铁坩埚 解析：陶瓷的成分中含有SiO 2，石英的成分就是SiO 2，普通玻璃的主要成分中也含有SiO 2，而SiO 2在高温下可以跟NaOH 发生如下反应：SiO 2＋2NaOH=====高温
Na 2SiO 3＋H 2O 。
所以A 、B 、C 的器皿都不能选用，只能用生铁坩埚。
答案：D
7．常温下，下列物质之间不能发生反应的是( )
①硅与氢氧化钠溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与氢氧化钠溶液 ⑥二氧化硅与浓硝酸 A ．①②④ B ．③④⑥ C ．②⑥
D ．②④⑥
解析：硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和H 2，硅与氢氟酸反应生成SiF 4和H 2，二氧化硅与碳酸钠在高温条件下反应生成硅酸钙和CO 2，二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，所以不能反应的为②⑥，选C 。
答案：C
8．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是( ) A ．水晶的成分是二氧化硅
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
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，二者物理性质差别较大，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。
答案：D
9．制备硅单质时，主要化学反应如下：
①SiO 2(石英砂)＋2C(焦炭)=====高温
Si(粗硅)＋2CO ↑； ②Si(粗硅)＋2Cl 2=====高温
SiCl 4；
③SiCl 4＋2H 2=====高温
Si(纯硅)＋4HCl ，下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是( ) A ．①③为置换反应 B ．①②③均为氧化还原反应 C ．②为化合反应
D ．三个反应的反应物中硅元素均被还原 解析：在反应②中Si 元素化合价升高，被氧化。
答案：D
10．下列说法不正确的是( )
A ．因SiO 2不溶于水，故SiO 2不是酸性氧化物
B ．在反应SiO 2＋2C=====高温
Si ＋2CO ↑中SiO 2作氧化剂 C ．SiO 2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大 D ．氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
解析：A 项，SiO 2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误；B 项，在该反应中SiO 2被C 还原为Si ，SiO 2作氧化剂，正确；C 项，由于SiO 2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D 项，SiO 2能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。
答案：A
11．在3C ＋SiO 2=====高温
2CO ↑＋SiC 的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比是( ) A ．3∶1 B ．1∶3 C ．1∶2
D ．2∶1
解析：在3C ＋SiO 2=====高温2CO ↑＋SiC 的反应中，变价元素只有碳元素，硅及氧元素的化合价没有变化。
C →CO 化合价降低，做还原剂，还原剂的物质的量是2 mol ；C →SiC 化合价降低，做氧化剂，氧化剂的物质的量是1 mol ，还原剂与氧化剂的物质的量之比是2∶1。
答案：D 二、非选择题
12．试将SiO 2制品的用途与其体现的性质连线。
SiO 2的制品 物理性质 光导纤维 熔点高 石英坩埚 光的折射效果好 玛瑙制精密轴承 硬度大 水晶杯 难溶于水
答案：
13．获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的快速发展离不开材料科学的推动。
(1)光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，利用光缆通讯能同时传输大量信息。
制造通讯光缆的主要原材料的化学式是________，它属于________材料。
(2)信息产业的核心材料是高纯硅，高纯度的单晶硅生产方法之一是：用金属硅化物(Mg 2Si)与HCl 作用得硅烷，再热分解硅烷(SiH 4)可得高纯硅。
写出上述方法中生产高纯硅的两个化学方程式：______________________________________________________。
解析：(1)根据SiO 2的用途，SiO 2是光导纤维的主要成分，光导纤维是利用光的全反射传输声音、图像的新型无机非金属材料。
(2)由题中信息可知，Mg 2Si 和HCl 反应生成硅烷SiH 4。
化学方程式为：Mg 2Si ＋4HCl===2MgCl 2＋SiH 4↑；SiH 4分解可生成单质硅：SiH 4===Si ＋2H 2。
答案：(1)SiO 2 新型无机非金属 (2)Mg 2Si ＋4HCl===2MgCl 2＋SiH 4↑，SiH 4=====△
Si ＋2H 2 14．已知Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑，Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。
若硅及其化合物之间存在如图所示转化关系。
其中，B 是含硅化合物中的一种气体，D 是一种黏合剂，能将磨砂玻璃黏合在一起。
(1)写出C 、E 的化学式：C.________，E.________。
(2)写出反应③的离子方程式：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(3)说明C 属于酸性氧化物的反应有
________________________________________________________________________。
a ．① b ．② c ．③ d ．④
解析：因D 是一种黏合剂且含硅，即D 为Na 2SiO 3，B 为含硅化合物中的一种气体，则B 为SiF 4。
①SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O
②2NaOH ＋SiO 2===Na 2SiO 3＋H 2O ；2OH －
＋SiO 2===SiO 2－
3＋H 2O
③Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓；SiO 2－
3＋2H ＋
===H 2SiO 3↓
④H 2SiO 3=====△
H 2O ＋SiO 2。
答案：(1)SiO 2 H 2SiO 3 (2)SiO 2－
3＋2H ＋
===H 2SiO 3↓ (3)b。