高中化学4.1.1半导体材料和光导纤维课件鲁科必修1
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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 半导体材料和光导纤维
学 习 目 标 1. 了解硅、 二氧化硅的主要 性质及用途。 2. 体会材料的性质与性能 的密切关系, 认识新材料的 开发对社会生产生活的重 要影响。
思 维 脉 络
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一、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Ge,现在最广泛使用的半导体材料是Si。 二、硅 1.硅的存在 在地壳里,硅的含量仅次于氧,全部以化合态存在,主要存在形式 为二氧化硅和硅酸盐。 2.单质硅 (1)硅的同素异形体:晶体硅和无定形硅。 (2)物理性质。 晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,熔点高,能导电,是良 好的半导体材料。
重难点一
重难点二
情景导入
知识点拨
典例引领
1. 硅的特性 (1)Si 的还原性大于 C 的, 但 C 却能在高温下还原出 Si: SiO2 +2C Si+2CO↑。 (2)非金属单质与碱液的反应一般无 H2 放出, 但 Si 与碱液(如 NaOH 溶液)反应放出 H2 : Si+2NaOH+H2 O Na2 SiO3 +2H2 ↑。 (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 SiF4 ↑+2H2 ↑。 (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。
重难点一
重难点二
情景导入
知识点拨
典例引领
重难点一硅及其化合物的特性 有人认为性质活泼的单质不能在自然界中存在,而不活泼的单质 都能以单质的形式存在于自然界中。 讨论探究 根据你所学的知识判断上述说法是否正确,试举例说明。 探究提示:不完全正确。绝大多数性质活泼的单质不能在自然界 中存在,如钠、氯气等,但是氧气性质活泼,可以在自然界中存在。 不活泼的单质有的也不能以单质的形式存在于自然界中,如硅单质。
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3.一定条件下,下列物质与二氧化碳、二氧化硅均不反应的是 ( ) A.氧气 B.氢氟酸 C.澄清石灰水 D.碳 解析:B 项,SiO2 +4HF SiF4 ↑+2H2 O;C 项,CO2 +Ca(OH)2 CaCO3 ↓+H2 O 或 2CO2 +Ca(OH)2 Ca(HCO3 )2 ,Ca(OH)2 +SiO2
状态 固态 颜色 无色 熔点 高 硬度 大 溶解度 不溶于水
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(3)化学性质:二氧化硅化学性质不活泼,一般不与酸反应。 ①具有酸性氧化物的性质: a.与氢氧化钠溶液反应 化学方程式为 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O。 b.与氧化钙反应 化学方程式为 SiO2+CaO CaSiO3。 ②与氢氟酸反应 a.化学方程式为 SiO2+4HF SiF4↑+2H2O。 b.应用:刻蚀玻璃。 2.光导纤维 (1)主要成分:SiO2。 (2)用途:用于光纤通信、能量传输和信息处理等方面。
d. 硅在氧气中加热:Si+O2
SiO2 。
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(4)工业制法。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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:
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1.硅在地壳中含量丰富,有着地球“骨骼”之称。以下关于硅的说 法中,你认为合理的有( ) A.晶体硅和金刚石的物理性质相似 B.硅在地壳中的含量居第二位,可以以游离态存在于自然界中 C.晶体硅和无定形硅都是硅的同素异形体,都有规则的几何外形 D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电 解析:硅是地壳中含量居第二位的元素,以化合态存在于自然界 中,其同素异形体有晶体硅和无定形硅两种,晶体硅的结构类似于 金刚石,物理性质也相似,是良好的半导体材料。 答案:A
CaSiO3 ↓+H2 O;D 项,CO2 +C 答案:A
2CO,SiO2 +2C
Si+2CO↑。
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4.下列叙述中正确的是( ) A.自然界中二氧化硅都存在于石英中 B.二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是 两性氧化物 D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,但二氧化硅不能与水反 应生成硅酸 解析:硅是亲氧元素,主要以氧化物及硅酸盐形式存在,如石英、 水晶、硅石等主要成分都是二氧化硅,故A项错误;CO2和SiO2属于 不同类型的晶体,在物理性质方面有很大差异,故B项错误;SiO2与氢 氟酸反应,不属于两性氧化物与酸的一般反应,故C项错误;SiO2虽属 于酸性氧化物,但不能直接与H2O反应生成H2SiO3,D项正确。 答案:D
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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+H2 O Na2 SiO3 +2H2 ↑。
Si+2Cl2 SiCl4↑,SiCl4+2H2 Si+4HCl。 (5)用途。 硅可用来制造集成电路、太阳能电池、硅整流器等。硅合金可 用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。
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三、二氧化硅与光导纤维 1.二氧化硅 (1)自然界中的存在:沙子、石英、水晶的主要成分是二氧化硅。 (2)物理性质:
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2.有关硅元素的下列叙述中正确的是( ) A.硅与任何酸都不反应 B.硅是构成矿物岩石的主要原料,其化合态硅几乎全部是二氧化 硅和硅酸盐 C.硅的性质很稳定,能以游离态存在于自然界 D.常温时硅不与任何物质反应 解析:A项中硅可以与氢氟酸反应,所以错误;B项中自然界中的硅 元素主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在,所以正确;C项中自然界 中没有游离态的硅,所以错误;D项中常温下硅可以和氢氟酸以及氢 氧化钠溶液等反应,所以错误。 答案:B
材料家族中的元素
第1节 硅 无机非金属材料
第1课时 半导体材料和光导纤维
学 习 目 标 1. 了解硅、 二氧化硅的主要 性质及用途。 2. 体会材料的性质与性能 的密切关系, 认识新材料的 开发对社会生产生活的重 要影响。
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一、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Ge,现在最广泛使用的半导体材料是Si。 二、硅 1.硅的存在 在地壳里,硅的含量仅次于氧,全部以化合态存在,主要存在形式 为二氧化硅和硅酸盐。 2.单质硅 (1)硅的同素异形体:晶体硅和无定形硅。 (2)物理性质。 晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,熔点高,能导电,是良 好的半导体材料。
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重难点二
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1. 硅的特性 (1)Si 的还原性大于 C 的, 但 C 却能在高温下还原出 Si: SiO2 +2C Si+2CO↑。 (2)非金属单质与碱液的反应一般无 H2 放出, 但 Si 与碱液(如 NaOH 溶液)反应放出 H2 : Si+2NaOH+H2 O Na2 SiO3 +2H2 ↑。 (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 SiF4 ↑+2H2 ↑。 (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。
重难点一
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重难点一硅及其化合物的特性 有人认为性质活泼的单质不能在自然界中存在,而不活泼的单质 都能以单质的形式存在于自然界中。 讨论探究 根据你所学的知识判断上述说法是否正确,试举例说明。 探究提示:不完全正确。绝大多数性质活泼的单质不能在自然界 中存在,如钠、氯气等,但是氧气性质活泼,可以在自然界中存在。 不活泼的单质有的也不能以单质的形式存在于自然界中,如硅单质。
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3.一定条件下,下列物质与二氧化碳、二氧化硅均不反应的是 ( ) A.氧气 B.氢氟酸 C.澄清石灰水 D.碳 解析:B 项,SiO2 +4HF SiF4 ↑+2H2 O;C 项,CO2 +Ca(OH)2 CaCO3 ↓+H2 O 或 2CO2 +Ca(OH)2 Ca(HCO3 )2 ,Ca(OH)2 +SiO2
状态 固态 颜色 无色 熔点 高 硬度 大 溶解度 不溶于水
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(3)化学性质:二氧化硅化学性质不活泼,一般不与酸反应。 ①具有酸性氧化物的性质: a.与氢氧化钠溶液反应 化学方程式为 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O。 b.与氧化钙反应 化学方程式为 SiO2+CaO CaSiO3。 ②与氢氟酸反应 a.化学方程式为 SiO2+4HF SiF4↑+2H2O。 b.应用:刻蚀玻璃。 2.光导纤维 (1)主要成分:SiO2。 (2)用途:用于光纤通信、能量传输和信息处理等方面。
d. 硅在氧气中加热:Si+O2
SiO2 。
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(4)工业制法。
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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:
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1.硅在地壳中含量丰富,有着地球“骨骼”之称。以下关于硅的说 法中,你认为合理的有( ) A.晶体硅和金刚石的物理性质相似 B.硅在地壳中的含量居第二位,可以以游离态存在于自然界中 C.晶体硅和无定形硅都是硅的同素异形体,都有规则的几何外形 D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电 解析:硅是地壳中含量居第二位的元素,以化合态存在于自然界 中,其同素异形体有晶体硅和无定形硅两种,晶体硅的结构类似于 金刚石,物理性质也相似,是良好的半导体材料。 答案:A
CaSiO3 ↓+H2 O;D 项,CO2 +C 答案:A
2CO,SiO2 +2C
Si+2CO↑。
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4.下列叙述中正确的是( ) A.自然界中二氧化硅都存在于石英中 B.二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是 两性氧化物 D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,但二氧化硅不能与水反 应生成硅酸 解析:硅是亲氧元素,主要以氧化物及硅酸盐形式存在,如石英、 水晶、硅石等主要成分都是二氧化硅,故A项错误;CO2和SiO2属于 不同类型的晶体,在物理性质方面有很大差异,故B项错误;SiO2与氢 氟酸反应,不属于两性氧化物与酸的一般反应,故C项错误;SiO2虽属 于酸性氧化物,但不能直接与H2O反应生成H2SiO3,D项正确。 答案:D
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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+H2 O Na2 SiO3 +2H2 ↑。
Si+2Cl2 SiCl4↑,SiCl4+2H2 Si+4HCl。 (5)用途。 硅可用来制造集成电路、太阳能电池、硅整流器等。硅合金可 用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。
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三、二氧化硅与光导纤维 1.二氧化硅 (1)自然界中的存在:沙子、石英、水晶的主要成分是二氧化硅。 (2)物理性质:
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2.有关硅元素的下列叙述中正确的是( ) A.硅与任何酸都不反应 B.硅是构成矿物岩石的主要原料,其化合态硅几乎全部是二氧化 硅和硅酸盐 C.硅的性质很稳定,能以游离态存在于自然界 D.常温时硅不与任何物质反应 解析:A项中硅可以与氢氟酸反应,所以错误;B项中自然界中的硅 元素主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在,所以正确;C项中自然界 中没有游离态的硅,所以错误;D项中常温下硅可以和氢氟酸以及氢 氧化钠溶液等反应,所以错误。 答案:B