硅单质的分类
硅单质在自然界的存在形式
硅单质在自然界的存在形式
硅单质是一种非金属元素，它在自然界中以多种形式存在。
硅
是地壳中第二多的元素，其化合物构成了许多矿石和岩石。
硅单质
在自然界中主要以以下几种形式存在：
1. 石英，石英是最常见的硅单质矿物，它是一种晶体形式的二
氧化硅。
石英可以以多种形式出现，包括晶体、块状和结晶簇。
它
在许多岩石和沉积物中都可以找到，是许多地质过程的重要组成部分。
2. 硅酸盐矿物，硅酸盐是一种广泛存在的硅化合物，包括长石、云母和斜长石等。
这些矿物在地壳中非常常见，它们通常以岩石或
矿石的形式存在。
3. 硅质岩石，硅质岩石是由高含量的硅酸盐矿物组成的岩石，
例如石英岩和燧石岩。
这些岩石通常在地壳中广泛分布，是地质学
中重要的岩石类型之一。
4. 硅化木，硅化木是一种由硅代替了木质细胞组织的化石，它
们通常在地下水中形成。
这些化石保存了原始植物的结构，但其组
织已被硅替代。
总的来说，硅单质在自然界中以多种形式存在，包括矿物、岩石和化石等。
它在地球科学和地质学中具有重要的地位，对我们了解地球的形成和演化过程具有重要意义。
硅单质
正四价（+4价）
硅的结构特点
硅原子最外层有4个电子 既不容易失电子，也不容易得电子
主要形成四价的化合物
1、硅的工业制法 ：
粗硅：
高温
2C+ SiO2=== Si+2CO↑
纯硅：Si+2Cl2====SiCl4
高温
SiCl4+2H2===Si+4HCl
第四章 非金属及其化合物
第一节 无机非金属材料的主角 ——硅
思考:提及到“硅”这一个词,你能联想到哪些
硅谷: 美国新兴的高技术产业开发区,电子技术研 究中心,计算机生产的重要基地,位于加利 福尼亚州圣弗朗西斯科南端.
半导体: 单晶硅是半导体器材的核心材料,硅半导 体是集成电路的主要材料,估计在21世 纪,硅仍然会占半导体材料的95%以上.
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%
从古到今在无机非金属材料中硅一直都扮演着主要的角色硅原子最外层有4个电子既不容易失电子也不容易得电子主要形成四价的化合物2csiosi2cosi2clsi4hclsi2fsic高温si2xxclbrisi4hfsifhf强碱反应晶体硅是良好的半导体材料晶体硅的结构晶体硅的结构类似于金刚石太阳能电池cpucpu大规模集成电路变压器铁芯等太阳能电池
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＋O2SiO2Si＋2Cl2SiCl4（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 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。
硅课件
1、 实验室有五种试剂，根据它们各 自的性质，必须选择适当的试剂瓶盛放， 请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间 进行连线。
试剂
二氧化硅
试剂瓶细口Biblioteka 口塞氢氧化钠溶液氢氟酸
广口瓶
细口塑料瓶
浓硫酸
细口橡皮塞
3、下列药品的贮存方法正确的是
（ AC ）
A、硅酸钠溶液应密封在带橡胶塞的试剂瓶中
B、氢氧化钠溶液密封在带玻璃塞的试剂瓶中
4、硅酸盐组成的表示
用二氧化硅、金属氧化物和水的形式表示其组成。 高岭石 Al2（Si2O5）（OH）4
2SiO 2H 表示成： Al2O3 · 2· 2O K(Al2Si3O10)(OH)2→ K2O· 2O3· 2· 2O 2Al 6SiO 2H
练习：将下列硅酸盐改写成氧化物的形式
泡沸石 Na2Al2(Si2O7)(OH)2 Na2O· 2O3· Al 2SiO2· 2O H 钙沸石 CaAl2Si3O10· 2O 3H CaO· 2O3· Al 3SiO2· 2O 3H 绿柱石 Ba3Al2Si6O18 3BaO· 2O3· Al 6SiO2
一、硅单质
单质硅有晶体硅和无定形两种。结 构类似于金刚石，是带有金属光泽的灰 黑色固体，熔点1410℃，硬度大、有脆 性，在常温下化学性质不活泼。 处于金属与非金属的过渡位置。晶 体硅的导电性介于导体和绝缘体之间， 是良好的半导体材料
滑石 Mg3(Si4O10)(OH)2
3MgO· 4SiO2· 2O H
2、下列各组物质有关性质关系的 比较，正确的是 C A.稳定性：CO2 > SiO2 B.酸性：H2SiO3 > H2CO3 C.熔点：SiO2 > CO2（干冰） D.导电能力：Si > Cu
硅及其化学性质
硅及其化合物硅（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28.0855，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IV A 族的准金属元素。
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26.4%，仅次于第一位的氧（4 9.4%）。
晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34g/cm-3，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。
不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。
硬而有金属光泽。
硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。
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，按能级由低硅原子到高，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。
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。
不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。
[8]分类：纯净物、单质、非金属单质。
（1）与单质反应：Si + O₂ == SiO₂，条件：加热Si + 2F₂ == SiF₄Si + 2Cl₂ == SiCl₄，条件：高温（2）高温真空条件下可以与某些氧化物反应：2MgO + Si=高温真空=Mg(g)+SiO₂（硅热还原法炼镁）（3）与酸反应：只与氢氟酸反应：Si + 4HF == SiF₄↑ + 2H₂↑（4）与碱反应：Si + 2OH⁻+ H₂O == SiO₃²⁻+ 2H₂↑（如NaOH，KOH）注意：硅、铝是既能和酸反应，又能和碱反应，放出氢气的单质。
硅单质及化合物的性质
概论第一章硅单质及化合物的性质1.1 硅元素硅元素原子序数14，在自然界有三种同位素分别为28Si，29Si，30Si，所占比例分别为92.23%，4.67%，3.10%，硅的原子量为28.025。
硅元素在元素周期表第三周期IV A族，硅原子的价电子构型为3s23p2,价电子数目与价电子轨道数相等,被称为等电子原子，电负性为1.90，原子的共价半径为117pm，硅主要氧化数为+4和+2。
硅在地壳中的丰度为25.90%，仅次于氧，硅的含量在所有元素中居第二位，硅在自然界主要以氧化物形式（如硅酸盐矿石和石英砂）存在，不存在单质。
1.2硅单质及其性质1.2.1 硅的物理性质硅晶体是原子晶体，是深灰色而带有金属光泽的晶体，它的熔点为1420℃，沸点为2355℃，莫氏硬度为6.5。
硅晶体为脆性，密度为2.329g/cm3,比热为0.7J/(g.K)。
硅晶体形成过程是硅原子中的价电子进行杂化，形成四个sp3杂化轨道，相邻硅原子的杂化轨道相互重叠，以共价键结合，形成硅晶体。
在常压下硅晶体具有金刚石型结构。
硅单质是半导体，本征电阻率为2.3×105Ω·cm,介于导体与绝缘体之间。
硅晶体的共价键 （如图1-1）中电子在正常情况下是束缚在成键两原子周围，它们不会参与导电。
因此在绝对温度零度（T=0K）和无外界激发的条件下，硅晶体没有自由电子存在。
图1-1 硅晶体的共价键结构但在通常情况下，有部分电子因获得动能而摆脱共价键的束缚，成为自由电子。
而成键原子少了电子形成空穴（如图1-2）。
其它价电子会移动来占据空穴，一个空穴消失，但又形成一个新空穴，由此出现空穴的移动。
在半导体中自由电子和空穴均为可运动的导电电荷，又称为“载流子”。
具有这样两种载流子是半导体不同于导体、绝缘体的特点之一。
图1-2 硅晶体中的自由电子和空穴硅的电导率对外界因素（如光、热、磁等）高度敏感。
半导体按其是否含有杂质及杂质成分，分为本征半导体，杂质半导体。
2015-2016学年江西省吉安一中高一化学课件4.1-无机非金属材料的主角——硅
Si
所以硅原子既不易得电子，也不易失电子。
第十一页，共31页。
二、CO2和SiO2的性质比较 CO2和SiO2都属于酸性氧化物，化学性质有一定的相似 性，但在物理性质和某些化学性质方面却有很大的差异。
第十二页，共31页。
三、硅酸 1．硅酸的制法
二氧化硅对应的水化物是硅酸，二氧化硅是硅酸的酸酐。 与一般的酸相比，硅酸的组成和结构复杂得多，常用化学式 H2SiO3来表示硅酸。
答案 A 知识点2：硅酸盐氧化物形式的表示 例2 某硅酸盐可表示为MgaSi4O10(OH)b(其中a、b为正 整数)，试答复： (1)a与b应满足的关系是______________(写表达式)。
第二十六页，共31页。
(2)a能否等于2？__________(填“能〞、“不能〞或“无 法确定〞)，理由是____________________。
D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异 解析 二氧化硅虽然是酸性氧化物，但它能与氢氟酸反响，所 以C选项是不正确的。 答案 C
第十四页，共31页。
跟踪练习1 地壳中含量占第一、二位的元素之间形成的化 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响
C．高温时能与纯碱反响
但能跟F2反响：Si＋2F2＝SiF4；
在加热条件下，硅能与O2反响生成SiO2,反响的化学方程式为
Si＋O2
SiO2。
2．工业上用碳在高温下复原SiO2的方法制得含有少量杂质的粗
硅，经过提纯后可以得到高纯硅，其主要反响的化
学方程式为2C＋SiO2
2CO↑＋Si。
五、硅及其化合物的特性
1．非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体
单质硅
Si 2F2 SiF4
与氧反应
硅与碳单质化合
Si+C = SiC
硅与金属的反应
2、硅与金属的反应（加热） 硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、 铋等化合，生成相应的金属硅化 硅与酸反应
Si+4HF ＝ SiF4↑+2H2↑
注：高中阶段，只要求掌握硅与氢氟酸的反应
第一节无机非金属材料的主角——
硅
1.来历
• 硅元素（Silicon）来源于拉丁文（Silex）， 原意是火石，翻译的原因，原来称为矽， 现在统一称为硅。中国台湾地区仍称硅钢 为矽钢。
2.硅元素在地壳中排名
• 地壳中元素前十位含量（质量分数），从 大到小顺口溜：养（氧）闺（硅）女（铝 ）贴（铁）锅盖（钙），哪（钠）家（钾 ）没（镁）青（氢）菜（钛）。
1.A
• • • • • •
2.D
小结：1.来历 2.含量 3.结构 4.性质 5.用途 作业：课时作业159页第2、7题
谢谢
硅与强碱反应
2、硅与氢氧化钠反应
Si+2NaOH+H2O ＝ Na2SiO3+2H2↑
原理：Si+3H2O= H2SiO3+2H2 ↑ H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+H2O 硅是还原剂，水是氧化剂，氢氧化钠起促进作用
无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气 。
硅的制取
晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良 好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料。
太阳能电池
电脑的中央处理器（CPU）
资料
2013年二氧化硫、氮氧化物排放总量分别为 2,043.9 万吨、 2,227.3 万吨.二氧化硫和氮氧化物是造成 酸雨的主要污染物。 大多数酸雨中的酸性物质最 主要的是硫酸（占 65%~70%），其次是硝酸（占 25%~30%）。硫酸的形成主要来自空气中的二氧 化硫，硝酸的形成主要来自空气中的氮氧化物。 世界前十大光伏（太阳能电池）企业：中国占五家
硅酸盐和硅单质
由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对 硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法，实际上 硅酸盐不是以简单氧化物形成存在的，而是以结构 复杂的盐的形式存在的．
碳 △ C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋ 4NO2↑＋2H2O △ C＋2H2SO4(浓)=====CO2↑＋ 2SO2↑＋2H2O 与水或 碱溶液 反应 高温 C＋H2O(g)=====CO＋H2
二、硅单质 1．分类
晶体和无定形两种．
2．晶体硅的物理性质 晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度 大 、 有脆性．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良 半导体 好的 材料．
3．硅的用途
(1)用作半导体材料，做 硅芯片 ，促进信息技术革命的发展． (2)制造 光电池，将光能转换为电能，极有发展前景．
1．硅酸盐结构复杂，化学性质稳定，都不溶于水． ( 2．硅酸钠可写成Na2O· SiO2，则其属于混合物． 提示：错误，因硅酸盐都是化合物．
)
提示：错误，因为有的硅酸盐可溶于水，如Na2SiO3等． ( )
3．玻璃和水玻璃都为固态硅酸盐产品．
(
)
提示：错误，因水玻璃是Na2SiO3溶液的俗名，呈液态．
在半导体工业中有一句行话：“从沙滩到用户”，你 能理解这句话的涵义吗？
提示：这句话是指用 SiO2(沙子的主要成分)生产半导体材料 ——晶体硅的过程．方程式分别为： 高温 高温 SiO2＋2C=====通八达 Si＋2CO↑，Si＋2Cl2=====SiCl4， 电炉 高温 SiCl4＋2H2===== Si＋4HCl.
第二课时
硅酸盐和硅单质
一、硅酸盐 1．概念
硅酸盐是由 硅、氧和金属 组成的化合物的总称．
2．硅酸盐的性质 硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多 不溶 于水， 化学性质很 稳定 ．
硅
硅单 质的化学性质不活泼
常温下
Si+F2 = SiF4 Si+HF = SiF4↑ + H2↑ Si+2NaOH+H2O = NaSiO3+ 2H2↑
加热时
Si + O2 === SiO2
Si + 2 Cl2 === SiCl4
2、硅的工业制法
高温
制粗硅： SiO2+2C=Si+2CO↑ 粗硅转变为纯硅: Si + 2Cl2 ==SiCl4 SiCl4 + 2H2==4HCl+Si
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl
3、硅酸的热稳定性很弱，受热分解为二氧化硅和水
H2SiO3==SiO2+H2O
Δ
用什么实验事实能够证明硅酸的酸性比碳酸弱？ 向可溶性硅酸盐溶液中通入二氧化碳气体，出现
白色浑浊，即用H2CO3可制得H2SiO3 ，可证明 H2SiO3 的酸性比H2CO3弱。（强酸制弱酸） Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓
蔷薇石英
玛瑙
思考与交流
二氧化硅具有哪些物理性质? SiO2的这 些性质是由什么决定的？
2、物理性质 固体 熔点高
联想-------沙子
难溶于水
硬度大
物理性质:（与CO2作比较）
二氧化碳CO2 二氧化硅SiO2 固态 很大 难溶于水 很 高
状 态
硬 度 水溶性 熔沸点
气态 很小 可溶于水 很 低
C
+6
2
4
Si
+14
2
8
4
高中化学必修一---硅
4、化学性质：
LOGO
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑ （3）与强碱溶液反应： Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 ↑ （4）与氯气反应： Si+2Cl2== SiCl4 （5）与氧气反应： △ Si+O2==SiO2
△
常温下反应
加热条件
5、硅的制备：
高温
LOGO
工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制 得含有少量杂质的粗硅。 SiO2+2C===Si+2CO↑ 制高纯度的硅（精硅）的方法： （1）用氯气提取粗硅中的硅
（1）存在形式：
地球上存在的天然二氧化硅约占地壳 质量的 12％ ，其存在形态有 结晶型 和 无定形
LOGO
1、二氧化硅（ SiO2 ） (1)存在: 天然的SiO2称为硅石
水晶
结晶形（石英晶体）
硅石
水晶 玛瑙
无色透明 彩色环带或层状
无定形——硅藻土
玛瑙
晶 体 二 氧 化 硅
水晶
LOGO
玛瑙
LOGO
高温
反应的方程式：
Si + 2Cl2 === SiCl （常温下呈液态） 4
（2）用氢气还原四氯化硅得高纯度的硅
SiCl4 + 2 H2 === Si + 4 HCl
高温
6.用途
晶体硅的导电性介于导体和 绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息 技术的关键材料
LOGO
利用硅的半导体性能， 制成光电池 ，将光能 转化为电能。
LOGO 4、为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计 用如右图装置，一次实验即可达到目的（不必再选用其它 酸性溶液）。请依据此实验填空：
硅酸盐
知识点2：硅酸盐氧化物形式的表示
例5 已知某硅酸盐可表示为MgaSi4O10(OH)b(其中a、b
为正整数)，试回答：
(1)a与b应满足的关系是______________(写表达式)。
(2)a能否等于2？__________(填“能”、“不能”或 “无法确定”)，理由是____________________。
一、硅酸盐 1．硅酸盐的概念和性质
(1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
(2)性质：是一类结构复杂的固态物质，大多难溶于水， 化学性质很稳定。
(3)常见硅酸盐产品 陶瓷、玻璃、水泥是使用量最大的无机非金属材料。
二、硅酸盐氧化物的表达式的书写规则
1．保持原有各元素的化合价不变，按顺序写出各元素
原理
变化
CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑
主要 成分
硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
Na2O·CaO·6SiO2
典型 设备
水泥回转窑
玻璃窑
发生复 杂的物 理化学 变化
铝硅酸 盐
陶瓷窑
五、硅单质 1．硅单质的分类 单质硅有晶体和无定形两种。 2．晶体硅的物理性质和结构 (1)物理性质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体，熔 点高(1410 ℃)、硬度大，有脆性，是良好的半导体材料。 (2)结构：与金刚石相似。 3．硅的用途 (1)半导体材料，如硅芯片等。 (2)新型电池，如光电池等。
4. 假设原子晶体SiO2中Si原子被Al原子取代，不足的 价数由K原子补充，当有25%的Si原子被Al原子取代时可形
成正长石，则正长石的化学组成为( )
A．KAlSi2O6
4-1《无机非金属材料的主角—硅》
知识点一二氧化硅和硅酸1.硅在自然界中的存在(1)含量硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧。
(2)原子结构特点硅的原子结构示意图为,最外层有4个电子，和碳一样，其原子既不易失去电子也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
硅是无机界的主角，碳是有机界的主角。
(3)硅元素的存在硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，它们占地壳质量的90%以上。
在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。
2.二氧化硅(1)二氧化硅的存在SiO2是硅最重要的化合物，其存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。
石英晶体是结晶的二氧化硅，其中无色透明的晶体叫水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。
沙子中含有小粒的石英晶体。
(2)二氧化硅的结构SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元如图所示：该结构为四面体结构，每个Si周围有4个O，而每个O跟2个Si相结合，所以SiO2是由Si和O按原子个数比为1∶2所组成的具有立体网状结构的晶体，如图所示。
⑶物理性质SiO2的网状结构决定SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。
⑷化学性质①SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，在一定条件下能与碱性氧化物和碱反应生成盐。
SiO2是硅酸的酸酐，但不与水反应。
a.可以与强碱如NaOH等反应，方程式为：SiO2+ 2NaOH＝Na2SiO3+ H2O特别提醒盛放NaOH（或其他碱性）溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞，因玻璃的主要成分之一是SiO2,会与NaOH在常温下反应生成Na2SiO3，特别是瓶颈的磨砂部分更易与NaOH反应。
②特性与氢氟酸(HF)反应——HF是唯一可以与SiO2发生反应的酸。
SiO2化学性质很不活泼，除氢氟酸外不与其他酸反应，SiO2与HF反应的化学方程式为:SiO2 + 4HF ＝SiF4↑+ 2H2O，故氢氟酸可用于刻蚀玻璃。
特别提醒因为SiO2是玻璃的主要成分之一，所以氢氟酸能腐蚀玻璃，因此，氢氟酸在保存时不能盛放于玻璃瓶里，可以存在于塑料瓶里。
硅的特点性质于应用
无机非金属材料的主角—硅要点一、二氧化硅NaCaSiO要点诠释：（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。
（2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。
（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中2．二氧化硅的用途常被用作石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维。
3．二氧化硅的结构特点在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。
实际上，SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。
由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。
要点二、硅酸1．硅酸的性质硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。
硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。
硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。
如：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。
硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O。
2．硅酸的制取由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl，Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。
要点三、硅酸盐1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。
一般不溶于水，稳定性高。
它是构成岩石和土壤的主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。
例如：硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2），高岭石Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。
书写顺序为：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
注意事项：（1）氧化物之间以“·”隔开；（2）计量数配置出现分数应化为整数。
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
高考化学碳、硅及无机非金属材料(原卷版)
碳、硅及无机非金属材料【考情分析】1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。
【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想：根据碳、硅的结构，预测在一定条件下碳、硅及其化合物可能发生的化学变化。
2.科学态度与社会责任：关注与碳、硅有关的热点问题（如光导纤维、硅电池、半导体材料），形成可持续发展的意识；知道碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。
【重点知识梳理】知识点一碳及其重要化合物1．碳单质(1)结构、存在形态、物理性质和用途(2)主要化学性质——还原性H 2O ：C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2(制取水煤气)与强氧化 性酸反应浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 浓HNO 3：C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O2．一氧化碳(CO) (1)物理性质无色气体，有毒，难溶于水。
(2)化学性质——还原性①燃烧：2CO ＋O 2=====点燃2CO 2，淡蓝色火焰； ②还原CuO ：CuO ＋CO=====△Cu ＋CO 2(冶炼金属)。
3．二氧化碳(CO 2)(1)物理性质：CO 2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO 2俗称干冰。
(2)化学性质：与H 2O 、Na 2O 、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg 反应的方程式分别为CO 2＋H 2O H 2CO 3、Na 2O ＋CO 2===Na 2CO 3、CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O 2Mg ＋CO 2=====点燃2MgO ＋C 。
(3)CO 2在自然界中的循环①CO 2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
②自然界消耗CO 2的主要反应： a ．溶于江水、海水中：CO 2＋H 2O H 2CO 3；b ．光合作用将CO 2转化为O 2；c ．岩石的风化：CaCO 3＋H 2O ＋CO 2===Ca(HCO 3)2。
硅单质及其化合物
硅太阳能电池
目前，国际光伏巨头们大都放缓了晶体硅 太阳能电池产能的扩张，转而加强了对低成本 非晶硅、碲化镉、铜铟硒等薄膜电池以及柔性 电池、高效Ⅲ-Ⅴ族电池的投入,并规划了雄心 勃勃扩产计划。如： 全球排名第一的Q-Cells公司虽然晶体硅 产能巨大，但早已全线推进现有商业化薄膜电 池技术，对非晶硅、碲化镉、铜铟硒等薄膜电 池均有投入，并初步实现产业化。 全球领导大厂Sharp公司更是果断放弃了 多年国际太阳能产业NO1的地位，停止了晶体 硅电池的扩产，转而大力发展非晶硅薄膜太阳 电池，计划2010年薄膜电池投产1GW，2012年 达到6GW。
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太阳能级硅的发展前景
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2012-6-11
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SiO2 + 4HF==SiF4↑+2H2O SiO2 + 6HF==H2SiF6+2H2O
浙江专用高考化学一轮复习专题非金属及其化合物第二单元含硅矿物与信息材料学案
第二单元 含硅矿物与信息材料[考点分布]考点一 硅单质及其重要化合物的性质[学生用书P54]1．硅单质的存在形态、物理性质及用途(1)硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2)单质的结构、物理性质与用途比较 结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 物理性质晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.硅单质的化学性质硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
(1)与非金属单质反应⎩⎪⎨⎪⎧O 2：Si ＋O 2=====△SiO 2F 2：Si ＋2F 2===SiF 4Cl 2：Si ＋2Cl 2=====△SiCl 4(2)与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑3．工业上制取硅单质第一步，用焦炭在电炉中将石英砂还原制得粗硅：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑。
第二步，粗硅与氯气在高温条件下反应生成SiCl 4：Si(粗)＋2Cl 2=====高温SiCl 4。
第三步，用H 2还原SiCl 4：SiCl 4＋2H 2=====高温Si(纯)＋4HCl 。
4．二氧化硅的结构与性质 结构 立体网状结构，不存在单个分子 主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 续 表主要化学性质(填化学方程式)与水反应不反应 与酸反应只与氢氟酸反应： SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O与碱反应 SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O (盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 与盐反应 如与Na 2CO 3反应：SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑与碱性氧化物反应如与CaO 反应：SiO 2＋CaO=====高温CaSiO 3 用途光导纤维、光学仪器、电子部件5.硅酸和硅酸钠(1)硅酸(H 2SiO 3或H 4SiO 4)①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。
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概论第一章硅单质及化合物的性质1.1 硅元素硅元素原子序数14，在自然界有三种同位素分别为28Si，29Si，30Si，所占比例分别为92.23%，4.67%，3.10%，硅的原子量为28.025。
硅元素在元素周期表第三周期IV A族，硅原子的价电子构型为3s23p2,价电子数目与价电子轨道数相等,被称为等电子原子，电负性为1.90，原子的共价半径为117pm，硅主要氧化数为+4和+2。
硅在地壳中的丰度为25.90%，仅次于氧，硅的含量在所有元素中居第二位，硅在自然界主要以氧化物形式（如硅酸盐矿石和石英砂）存在，不存在单质。
1.2硅单质及其性质1.2.1 硅的物理性质硅晶体是原子晶体，是深灰色而带有金属光泽的晶体，它的熔点为1420℃，沸点为2355℃，莫氏硬度为6.5。
硅晶体为脆性，密度为2.329g/cm3,比热为0.7J/(g.K)。
硅晶体形成过程是硅原子中的价电子进行杂化，形成四个sp3杂化轨道，相邻硅原子的杂化轨道相互重叠，以共价键结合，形成硅晶体。
在常压下硅晶体具有金刚石型结构。
硅单质是半导体，本征电阻率为2.3×105Ω·cm,介于导体与绝缘体之间。
硅晶体的共价键 （如图1-1）中电子在正常情况下是束缚在成键两原子周围，它们不会参与导电。
因此在绝对温度零度（T=0K）和无外界激发的条件下，硅晶体没有自由电子存在。
图1-1 硅晶体的共价键结构但在通常情况下，有部分电子因获得动能而摆脱共价键的束缚，成为自由电子。
而成键原子少了电子形成空穴（如图1-2）。
其它价电子会移动来占据空穴，一个空穴消失，但又形成一个新空穴，由此出现空穴的移动。
在半导体中自由电子和空穴均为可运动的导电电荷，又称为“载流子”。
具有这样两种载流子是半导体不同于导体、绝缘体的特点之一。
图1-2 硅晶体中的自由电子和空穴硅的电导率对外界因素（如光、热、磁等）高度敏感。
半导体按其是否含有杂质及杂质成分，分为本征半导体，杂质半导体。
高纯硅是一种本征半导体，在常温下只有为数极少的电子—空穴对参与导电，部分自由电子遇到空穴会迅速恢复合成共价键电子结构，所以硅的本征电阻率比较大。
但如果在高纯硅中掺入极微量的电活性杂质，其电阻率会显著下降，例如，向硅中掺入亿分之一的硼，其电阻率就降为原来的千分之一。
掺入杂质不仅改变电导率，而且改变导电型号。
如在硅中掺入磷、砷、锑等5价元素（又称施主杂质），它们的价电子多于价轨道，是多电子原子，在形成共价键之外，有多余的电子，位于共价键之外的电子受原子核的束缚力要比组成共价键的电子小得多，只要得到很少能量，就能成为自由电子。
同时，该5价元素的原子成为带正电阳离子。
该材料以电子为多数载流子，称之为N型半导体。
N型半导体也有空穴，但数量少，称为少数载流子。
如果在硅中掺入硼、镓、铝等3价元素（又称受主杂质），它们的价电子数目少于价轨道，是缺电子原子，在形成的共价键内出现空穴，位于共价键内的电子只需外界给很少能量，就会摆脱束缚过来填充，形成新的空穴。
同时该3价元素的原子成为带负电的阴离子。
该材料以空穴为多数载流子，称为P型半导体。
P型半导体中也有自由电子，但数量很少，称为少数载流子。
由此可见，不论是N型半导体还是P型半导体，虽然掺入杂质极低，它们的导电能力却比本征半导体大得多。
当P型半导体和N型半导体紧密接触在一起（如图1-3），在交界面上就会有自由电子和空穴的浓度差，空穴向N型半导体扩散，自由电子向P型半导体扩散，在交界面附近，空穴和自由电子复合，于是在交界面附近，P型半导体带负电，N型半导体带正电，形成一个称为势垒电场的内建电场，其方向从带正电的N区指向带负电荷的P区（如图1-4），电场的形成阻碍了自由电子和空穴的扩散，从而形成一个稳定的电场，这就是半导体的P-N结。
图1-3 P区和N区紧密接触图1- 4 P-N节的形成硅的光吸收处于红外波段。
人们利用超纯硅对1～7μm红外光透过率高达90%～95%这一特点制作红外聚焦透镜。
半导体硅材料是间接带隙材料，其发光效率极其低下，约为10-3左右，不能做激光器和发光管;它又没有线性电光效应，不能做调制器和开关。
因此，一般认为硅材料不是光电子材料，不能应用在光电子领域[1]。
室温下硅无延展性，属脆性材料。
但在温度高于700℃时的硅具有热塑性，在应力作用下会呈现塑性形变,其内部存在的位错才开始移动或攀移。
而常温时，在外力作用下，单晶硅中很难产生位错和进行位错的移动。
硅的抗拉应力远大于抗剪应力，在切割、研磨和机械抛光等承受剪切应力而易于产生破碎。
同样硅片亦要经历不同的热处理过程，这必然会在硅片中产生热应力，使硅片产生翘曲，光刻图形套刻的精度下降;并加速位错滑移，产生各类结构缺陷，甚至使硅片破裂。
而随着IC用硅片直径的不断增大，上述情况将更趋严重。
同时，硅片背损伤吸杂亦在生产中经常使用，由此产生的后果是硅片本身就具有微裂纹，易于脆断或自然解理断裂，影响下一步加工处理。
再者硅材料和器件的机械可靠性也是器件制造和使用中所关注的问题。
微机械加工的硅器件可能会处于复杂的应力状态，从而使其断裂或性能失效[2]。
尽管半导体材料的(事实上是任何固体的)理论解理强度从未被达到过，但计算理论解理强度的一个相当简单的模型，为我们了解影响断裂韧性的材料参数提供了机会。
半导体材料的所有断裂特性中，最为我们了解的就是解理面和解理方向了。
这在很大程度上归因于解理是快速有效的从硅片上划分电路的方法。
单晶硅的断裂一般是沿着其解理面的，通常的断裂面为{111}面，但由于单晶表面的起始裂纹不同，断裂形式也不尽相同。
同一单晶制成的硅片，由于加工方式不同，表面损伤程度不同，断裂强度不同，一般而言，表面损伤越小，断裂强度越大。
杂质原子的存在会影响到半导体材料的断裂行为。
在一定的直径下，硅片越厚，则越不容易产生变形。
这是因为硅片厚度越大，它所具有的热容量也越大，从而使硅片上所产生的温度梯度变小，温度分布更趋于均匀一致。
显而易见，如果是一个很厚的单晶锭，要使它产生翘曲，是很不容易也几乎是不可能的。
所以在工业上，为了防止硅片翘曲，有时候会采取增加硅片厚度的办法。
但这种方法的缺点是会产生很大的浪费，使得相同长度的硅单晶锭所切的硅片数量大大减少，这对生产来讲是不可取的。
但是，随着硅片直径的不断增加，在硅片的机械强度不能大幅度提高的情况下，为了防止翅曲，人们只能采用增加硅片厚度的方法。
1.2.2 硅的化学性质硅单质在常温下化学性质十分稳定，但在高温下，硅几乎与所有物质发生化学反应。
硅容易同氧、氮物质发生作用，硅材料的一个重要优点就是硅表面很容易氧化，形成结构高度稳定的二氧化硅氧化层。
它可以在400℃与氧发生反应,在1000℃与氮进行反应： Si+O2=SiO2 (1.1) 3Si+2N2=Si3N4 (1.2)硅在300℃与氯发生反应：Si+2Cl2=SiCl4 (1.3)在2273-2773K时硅能与碳反应：Si+C=SiC (1.4) 硅在高温下能与金属反应生成硅化物如Mg2Si、CaSi2、NaSi、TiSi2、WSi2、MoSi2等。
在高温下硅单质能与氢化物反应，如在280℃与HCl反应：Si+3HCl=SiHCl3+H2 (1.5) 在1673K与氨反应：3Si+4NH3=Si3N4+6H2 (1.6) 在高温下硅能与一些氧化物反应，如在1400℃以上能与二氧化硅反应： Si+SiO2=2SiO (1.7) 在1000℃能与水蒸汽反应：Si+2H2O=SiO2+2H2 (1.8) 在常温下硅对多数酸是稳定的，硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸及王水。
但硅却很容易被HF-HNO3混合液所溶解。
因而，通常使用此类混合酸作为硅的腐蚀液，反应式为： Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2O (1.9)HNO3在反应中起氧化剂作用，没有氧化剂，HF就不易与硅发生反应。
在常温下硅能与稀碱溶液反应，硅和NaOH或KOH能直接作用生成相应的硅酸盐而溶于水中：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ (1.10)1.2.3 硅的分类及应用硅根据其杂质含量分为粗硅和高纯硅。
粗硅的纯度约为95%-99%，又称为冶金级硅，其中含有各种杂质，如Fe、C、B、P等。
主要用于铝硅合金(如作汽车发动机)。
用来制备硅氧烷和有机硅化学品的也是这种规格。
“冶金硅”的其它用途还包括炼钢、高温合金、铜合金和电接触材料，还是高纯硅的原料。
高纯硅一般要求纯度达到小数点后面6个“9”至8个“9”的范围，一般用作半导体和太阳能电池。
根据高纯硅掺入杂质不同又分为P型硅半导体和N型硅半导体。
高纯硅根据晶型的不同又分为单晶硅、多晶硅和无定形硅。
高纯硅根据用途不同可分为电子级硅和太阳能级硅。
硅含量为99.9999%（6个9）的为太阳能级硅（SG），主要用于太阳能电池芯片的生产制造。
纯度在99.999999999%（11个9）的为电子级硅（EG），主要用于半导体芯片制造。
经过研究，人们发现，金属钽、钼、铌、钛、钒等即使在硅中含量极微，也会对电池的效率产生影响。
但其它一些金属，即使含量超过1015cm-3，也不会对电池的转换效率产生明显影响，这就比对半导体级硅的要求放宽了100倍，因而人们可以尝试用成本较低的方法来制造太阳能电池级硅材料[3]。
表1-1 2001年国际上所使用的太阳极硅材料性能状况<0.1 ppm(w) P < 0.3 ppm(w) B<5 ppm(w) O< 4 ppm(w) C各<0.1 ppm(w) Fe, Al, Ca, Ti, 金属杂质指标 杂质表1-2 购买的用于生产多晶硅片最低级硅的电学指标硅材料科学与技术的卓有成效的发展在20世纪世界材料科学领域中无可非议地占据了极为重要的地位。
1948年发明的半导体晶体管，导致电子设备小型、轻量、节能、低成本，并提高设备可靠性及寿命；1958年出现的集成电路，使计算机及各种电子设备发生一次飞跃。
进入20世纪90年代，集成电路的集成度进一步提高到微米、亚微米以及深亚微米水平。
下面简单介绍高纯硅的主要用途①整流器 按容量分两类：大容量电力用整流器和小容量整流器。
大容量的用于电气铁道、电化学及电冶金工业、机械制造工业，代替直流电源---直流发电机、水银整流器、硒整流器等。
小容量整流器且用于电报接收机、收音机、通讯没备及其他电气仪器的直流电供电装置，用以代替硒整流器与真空管。
②二极管 晶体二极管即能整流又能检波。
可分为点接触型和面结型晶体二极管。
定电压二极管用电气测定仪器、电子计算机、载波装置及其他电子仪器中的定电压回路中。
其它二极管，用于微波通讯装置、雷达及其它无线电设备等。
③三极管 有信号放大和开关作用。