4.1.1硅和二氧化硅学案

第4章材料家族中的元素

第1节硅无机非金属材料

第1课时硅和二氧化硅

学习目标

1•了解硅的物理性质、化学性质。

2•了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。

学习重点

二氧化硅的性质。

学习难点

硅及二氧化硅的性质和用途。

学习探究

一、单质硅与半导体材料

1 •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—,现在使用

最广泛的半导体材料是_。

2. 硅兀素的存在

在地壳里，硅的含量仅次于____ ，全部以____ 态存在，主要存在形式为二氧化硅和_________ 3. 单质硅

(1) 硅的同素异形体有： __________ 和 ______________。

(2) 物理性质：晶体硅是 ____ 色、有_____ 光泽、硬而脆的固体。

⑶化学性质：加热条件下与02反应的化学方程式为________________________________ 。

(4)制备：用焦炭还原Si02的化学方程式为_______________________________________ 。

(5)用途

①硅：制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等。

②硅合金：

a. 含硅4%的钢可制造变压器铁芯。

b. 含硅15%左右的钢具有耐酸性，制耐酸设备。

注意

(1) 硅化学性质不活泼，但自然界中没有游离态的硅。

⑵非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。

咼温

⑶Si的还原性强于C,但C能在高温下还原出Si: SiO2+ 2C=====Si+ 2C0f。

⑷非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出，但Si能与强碱溶液反应放出出：Si + 2NaOH + H2O===Na2SiO3+ 2出K

(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si + 4HF===SiF4 T+ 2H2K

二、二氧化硅与光导纤维

1. 二氧化硅(SiO2)

(1) 存在：沙子、石英的主要成分，透明的石英晶体俗称________ 。

(2) 结构：由 _______ 和__________ 构成。

(3) 物理性质：熔点—、硬度—、—溶于水。

(4) 化学性质(用化学方程式填空)

(1) SiO2不溶于水，也不与水反应，不能直接将其与水反应来制取H2SQ3。

(2) 非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点很高。

(3) 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟氢氟酸反应。

2•光导纤维

(1) 主要成分： ______ 。

(2) 用途：光纤通讯、能量传输、信息处理。学习小结

1 •硅元素在地壳中的含量仅次于氧，处于第二位。

2 •单质硅用作半导体材料，二氧化硅用于制光导纤维。

3•晶体硅、二氧化硅均由原子直接构成。

4. 二氧化硅是不溶于水也不与水反应的酸性氧化物。

5 •重要的化学方程式：

咼温

SiO2+ 2C=====Si + 2C0f 制粗硅)

SiO2+ 4HF===SiF4 f+ 2出0(雕刻玻璃)

SiO2+ 2NaOH===Na2SiO3+出0(贮存NaOH溶液，不能用磨口玻璃塞)

当堂检测

1. 判断正误。

(1) SiO2能与氢氟酸反应，说明SiO2是—•种碱性氧化

物

()

(2)1 mol SiO 2 中含有6.02 >1023个SiO2分子()

(3)不能用玻璃瓶盛放氢氟酸溶液( )

(4)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+ 2OH—2 —

===SiO3 + 出0() 2 •下列物质属于半导体材料的是( )

A .金刚石

B

•

晶体硅

C •石墨

D

•铁丝

3.氮化硅(Si3N4)是一种具有耐高温、耐腐蚀等优良性能的新型陶瓷材料，工业上可用以下咼温方法制取Si3N4 : 3SiO2+ 6C+ 2N2=====Si3N4+ 6CO。下列说法正确的是()

A ．氮化硅陶瓷可用于制造汽车发动机

B •氮化硅陶瓷是良好的半导体材料

C.该反应中二氧化硅作氧化剂

D .该反应中氮化硅为氧化产物

参考答案

学习探究

一、

1. 导体绝缘体锗硅

2. 氧化合硅酸盐

3. (1)晶体硅无定形硅(2)灰黑金属(3)Si + O2==2=SQ2

高温

⑷ 2C + SiO2=====Si + 2C0f

1. (1) 水晶(2) 硅原子氧原子(3)高大不

高温

(4) 2NaOH + SiO 2 === Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO ===== CaSiO3

SiO2 + 4HF === SiF 4? + 2H0

2. (1)SiO 2

当堂检测

1. 【答案】⑴X (2) X⑶V⑷V

2. 【解析】金刚石属于绝缘体，石墨和铁丝属于导体。

【答案】B

3. 【解析】由题干可知氮化硅有耐高温、耐腐蚀等优良性能，所以氮化硅陶瓷可用于制造

汽车发动机，A项正确；在题给反应中，Si和0的化合价在反应前后无变化，SiO2不是氧化剂，C项错误；N的化合价由0降为—3,故Si3N4为还原产物，D项错误。

【答案】A