高中化学第4章元素与材料世界第1节硅无机非金属材料4.1.1硅和二氧化硅课件
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除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。
加热时，能与O2、Cl2、C发生化合反应。
4.写出硅参与反应的化学方程式。 (1)与非金属单质反应 ①硅与氟气反应： Si＋2F2===SiF 。 4 高温 ②硅与氯气反应： Si＋2Cl2 ===== SiCl 。 4 △ ③硅与氧气反应： Si＋O2 ===== SiO 。 2 (2)与氢氧化钠溶液反应 2SiO3＋2H2↑ 化学方程式： Si＋2NaOH＋H2O===Na 。 (3)与氢氟酸反应 2H2↑ 化学方程式： Si＋4HF===SiF4↑＋ 。
学习目标wenku.baidu.com位
1.能记住硅、二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。
2.能说出硅在半导体工业，二氧化硅在现代通讯业中的重要应用。
内容索引
新知导学 —— 新知探究
达标检测 —— 当堂检测
点点落实
巩固反馈
新知导学
一、单质硅与半导体材料
1.硅在地壳中的含量仅次于 氧 ，自然界中没有 游离 态的硅，常见化合态
的酸性强于H2SiO3 ，所以B项中的反应可以发生。Na2CO3与SiO2的反应
之所以能发生是因为①反应是在高温无水条件下进行的；②反应后生成
的CO2脱离反应体系。SiO2虽为酸性氧化物，但是它可与HF反应。
1 2 3 4 5
6
解析
答案
4.下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是
①在固态和液态时，都不导电 ②能跟强碱反应，但不能与水反应
5.高纯硅的制取，反应方程式分别为 高温 )＋2CO↑ 制粗硅： SiO2＋2C ===== Si(粗 。 高温 SiCl4 提纯(与Cl2反应)： Si(粗)＋2Cl2 ===== 。 高温 还原(用H2还原)： SiCl4＋2H2 ===== Si(纯)＋4HCl 。
归纳总结 1.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。硅是常温下 化学性质稳定的半导体材料，广泛用于计算机技术领域，如制造晶体管、 硅芯片、集成电路。 2.硅还可用于制造硅整流器、太阳能电池及硅合金等。
相同点
都是酸性氧化物(酸酐)，与碱反应生成盐和水 ____________________________________________
3.问题讨论
高温 (1)根据CaCO3＋SiO2 ===== CaSiO3＋CO2↑的反应，能否说明酸性H2SiO3＞
H2CO3？为什么？ 答案 不能。强酸制较弱酸是根据在溶液中进行的反应得出的结论，而该 反应不是在溶液中进行的。
CO2＋H2O H2CO3 与H2O反应 ______________________
不与水反应 ____________
与酸反应
不反应 _______
只与HF反应 _________________
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ____________________________
答案
(2)盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ 答案 由于玻璃中的SiO2跟碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有黏合性，
会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。 (3)氢氟酸为什么不能用玻璃瓶盛放？
答案 玻璃的成分中含有SiO2，SiO2与氢氟酸反应，氢氟酸常被用来刻蚀
玻璃，因而氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，可以放在塑料瓶或铅制器皿中。
答案
归纳总结 1.二氧化硅的特殊性：二氧化硅作为一种非金属氧化物，坚硬难熔；作为 一种酸性氧化物，但不与水反应，易与氢氟酸反应。这些特性既是考查的 重点，也是解题的依据。 2.二氧化硅用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，简称“光纤”。 光导纤维是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝； 具有信息容量大、抗干扰性能好、耐腐蚀等特点。
A.自然界中硅元素的含量最丰富
B.自然界中存在大量单质硅
C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片 √
D.光导纤维的主要成分是Si
1
2
3
4
5
6
解析
答案
3.下列说法中正确的是 A.SiO2溶于水显酸性
√
B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸 高温 C.由Na2CO3＋SiO2 ===== Na2SiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 解析 SiO2 不溶于水，也不与 H2O 反应，所以水溶液不显酸性。 H2CO3
固体，熔、沸点高，硬度 ______________________
大，不溶于水 _____________
高温 CaO＋SiO2 ===== CaSiO3 ______________________
与碱性氧
化物反应
与碱液
反应
SiO ______________________ 2＋2NaOH===Na2SiO3 ＋H2O _______
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。
1 2 3 4 5
6
解析
答案
6.A、 B、 C、 D、 E分别代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如
图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金
A.作为玻璃的成分被消耗而
使玻璃被刻蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.与挥发性酸性氧化物的盐
反应得挥发性酸性氧化物
E.氧化还原反应中Si的化合
价没变
规律总结 解析 答案
4.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是
A.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
③SiO2的物理性质与CO2类似
A.只有④ B.②④
④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物
√
C.③④
D.①②③
解析
SiO2是非电解质，在固态和液态时都不导电； SiO2属于酸性氧化
物，能与强碱反应，与H2O不反应；SiO2常温下是固体，硬度大，熔、
沸点高，而CO2常温下是气体，熔、沸点低，物理性质差别较大。
熔点高 。 _______
2.列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。 CO2 物理性质 SiO2
气体，熔、沸点低，能溶于水 ___________________________
CaO＋CO2===CaCO3 ____________________ 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ___________________________ (CO2少量) ______________
的硅有 二氧化硅 和 硅酸盐 等。
2.单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。
(1)晶体硅结构如图所示，为正四面体 形晶体，
与 金刚石 结构相似。
(2)晶体硅是一种带有 金属光泽 的灰黑色固体，
晶体硅熔点 高 、硬度 大 、有脆性。
(3)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。
3.硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质 不活泼 。常温下，
C.SiO2能与氢氟酸反应，也能与碱反应，说明SiO2既是碱性氧化物，又是
酸性氧化物
√
D.CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
规律总结
解析
答案
学习小结
硅及其化合物的相互转化
达标检测
1.下列有关硅的叙述中正确的是 A.硅在常温下能跟氧气发生化合反应 B.因为晶体硅熔点高、硬度大，所以硅可用于制作半导体材料 C.硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应 D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅 √ 解析 硅的化学性质稳定，常温下除与氟气、氟化氢、氢氧化钠溶液反
1
2
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4
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答案
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解析
答案
5.制备硅单质时，主要化学反应如下： 高温 ①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭) ===== Si(粗硅)＋2CO↑； ②Si(粗硅)＋2Cl2 高温 高温 SiCl ；③ SiCl ＋ 2H ===== 4 4 2 ===== Si(纯硅)＋4HCl。下列对上述三个反 应的叙述中，不正确的是
活学活用 1.下列关于碳和硅的叙述中，正确的是
√
A.加热到一定温度时，其单质都能与氧气等非金属反应 B.常温下，碳单质化学性质活泼，硅单质化学性质不活泼 C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D.碳和硅两种元素都有能导电的单质，在自然界中均有单质硅和化合态硅
拓展延伸
解析
答案
2.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法进行制备：
①C ②HCl ③过量H2 SiO2― ― ― →Si(粗)― ― ― →SiHCl3― ― ― ― ― ― ― ― ― ― →Si(纯) 高温 300 ℃ 1 000～1 100 ℃
下列说法不正确的是 A.①②③均属于氧化还原反应 B.SiHCl3(沸点31.8 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6 ℃)，通过蒸馏可提纯 SiHCl3 C.氢气和氯化氢均可循环利用
√
高温 D.反应①的化学方程式为SiO2＋C ===== Si＋CO2↑
易错警示 解析 答案
二、二氧化硅与光导纤维
1.硅的氧化物为二氧化硅，广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了 晶体；玛瑙是含有色杂质的石英晶体；硅藻土是无定形 SiO2。根据日常生
岩石。沙是含 较多杂质 的SiO2；石英是含 较少杂质的 SiO2 ；水晶是透明的石英 活中的实例描述二氧化硅的物理性质：_____________________ 坚硬固体、不溶于水、
应外，不与其他物质反应，A项错误；
单质硅作半导体材料，不是因为其熔点高、硬度大，B项错误；
硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱等反应，C项错误；
D项正确。
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解析
答案
2.科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅
在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是
刚石相似。
请回答下列问题： ＋ 4价 。 (1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为 _____
1
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解析
答案
SiO2 ， B 与 炭 反 应 生 成 A 和 E 的 化 学 方 程 式 是 (2)B 的 化 学 式 为 ________ 高温 SiO2＋2C ===== Si＋2CO↑ ______________________________ 。 CaSiO3 ，D的化学式为__________ Na2SiO3 。 (3)C的化学式为________
活学活用
3.指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在 A～ E选项中选 择正确答案填入括号内。
①2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O( C ) 高温 ②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑( B ) 高温 ③SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑( E ) ④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( A ) 高温 ⑤SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑( D )
加热时，能与O2、Cl2、C发生化合反应。
4.写出硅参与反应的化学方程式。 (1)与非金属单质反应 ①硅与氟气反应： Si＋2F2===SiF 。 4 高温 ②硅与氯气反应： Si＋2Cl2 ===== SiCl 。 4 △ ③硅与氧气反应： Si＋O2 ===== SiO 。 2 (2)与氢氧化钠溶液反应 2SiO3＋2H2↑ 化学方程式： Si＋2NaOH＋H2O===Na 。 (3)与氢氟酸反应 2H2↑ 化学方程式： Si＋4HF===SiF4↑＋ 。
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1.能记住硅、二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。
2.能说出硅在半导体工业，二氧化硅在现代通讯业中的重要应用。
内容索引
新知导学 —— 新知探究
达标检测 —— 当堂检测
点点落实
巩固反馈
新知导学
一、单质硅与半导体材料
1.硅在地壳中的含量仅次于 氧 ，自然界中没有 游离 态的硅，常见化合态
的酸性强于H2SiO3 ，所以B项中的反应可以发生。Na2CO3与SiO2的反应
之所以能发生是因为①反应是在高温无水条件下进行的；②反应后生成
的CO2脱离反应体系。SiO2虽为酸性氧化物，但是它可与HF反应。
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解析
答案
4.下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是
①在固态和液态时，都不导电 ②能跟强碱反应，但不能与水反应
5.高纯硅的制取，反应方程式分别为 高温 )＋2CO↑ 制粗硅： SiO2＋2C ===== Si(粗 。 高温 SiCl4 提纯(与Cl2反应)： Si(粗)＋2Cl2 ===== 。 高温 还原(用H2还原)： SiCl4＋2H2 ===== Si(纯)＋4HCl 。
归纳总结 1.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。硅是常温下 化学性质稳定的半导体材料，广泛用于计算机技术领域，如制造晶体管、 硅芯片、集成电路。 2.硅还可用于制造硅整流器、太阳能电池及硅合金等。
相同点
都是酸性氧化物(酸酐)，与碱反应生成盐和水 ____________________________________________
3.问题讨论
高温 (1)根据CaCO3＋SiO2 ===== CaSiO3＋CO2↑的反应，能否说明酸性H2SiO3＞
H2CO3？为什么？ 答案 不能。强酸制较弱酸是根据在溶液中进行的反应得出的结论，而该 反应不是在溶液中进行的。
CO2＋H2O H2CO3 与H2O反应 ______________________
不与水反应 ____________
与酸反应
不反应 _______
只与HF反应 _________________
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ____________________________
答案
(2)盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ 答案 由于玻璃中的SiO2跟碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有黏合性，
会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。 (3)氢氟酸为什么不能用玻璃瓶盛放？
答案 玻璃的成分中含有SiO2，SiO2与氢氟酸反应，氢氟酸常被用来刻蚀
玻璃，因而氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，可以放在塑料瓶或铅制器皿中。
答案
归纳总结 1.二氧化硅的特殊性：二氧化硅作为一种非金属氧化物，坚硬难熔；作为 一种酸性氧化物，但不与水反应，易与氢氟酸反应。这些特性既是考查的 重点，也是解题的依据。 2.二氧化硅用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，简称“光纤”。 光导纤维是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝； 具有信息容量大、抗干扰性能好、耐腐蚀等特点。
A.自然界中硅元素的含量最丰富
B.自然界中存在大量单质硅
C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片 √
D.光导纤维的主要成分是Si
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解析
答案
3.下列说法中正确的是 A.SiO2溶于水显酸性
√
B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸 高温 C.由Na2CO3＋SiO2 ===== Na2SiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 解析 SiO2 不溶于水，也不与 H2O 反应，所以水溶液不显酸性。 H2CO3
固体，熔、沸点高，硬度 ______________________
大，不溶于水 _____________
高温 CaO＋SiO2 ===== CaSiO3 ______________________
与碱性氧
化物反应
与碱液
反应
SiO ______________________ 2＋2NaOH===Na2SiO3 ＋H2O _______
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。
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解析
答案
6.A、 B、 C、 D、 E分别代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如
图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金
A.作为玻璃的成分被消耗而
使玻璃被刻蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.与挥发性酸性氧化物的盐
反应得挥发性酸性氧化物
E.氧化还原反应中Si的化合
价没变
规律总结 解析 答案
4.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是
A.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
③SiO2的物理性质与CO2类似
A.只有④ B.②④
④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物
√
C.③④
D.①②③
解析
SiO2是非电解质，在固态和液态时都不导电； SiO2属于酸性氧化
物，能与强碱反应，与H2O不反应；SiO2常温下是固体，硬度大，熔、
沸点高，而CO2常温下是气体，熔、沸点低，物理性质差别较大。
熔点高 。 _______
2.列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。 CO2 物理性质 SiO2
气体，熔、沸点低，能溶于水 ___________________________
CaO＋CO2===CaCO3 ____________________ 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ___________________________ (CO2少量) ______________
的硅有 二氧化硅 和 硅酸盐 等。
2.单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。
(1)晶体硅结构如图所示，为正四面体 形晶体，
与 金刚石 结构相似。
(2)晶体硅是一种带有 金属光泽 的灰黑色固体，
晶体硅熔点 高 、硬度 大 、有脆性。
(3)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。
3.硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质 不活泼 。常温下，
C.SiO2能与氢氟酸反应，也能与碱反应，说明SiO2既是碱性氧化物，又是
酸性氧化物
√
D.CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
规律总结
解析
答案
学习小结
硅及其化合物的相互转化
达标检测
1.下列有关硅的叙述中正确的是 A.硅在常温下能跟氧气发生化合反应 B.因为晶体硅熔点高、硬度大，所以硅可用于制作半导体材料 C.硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应 D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅 √ 解析 硅的化学性质稳定，常温下除与氟气、氟化氢、氢氧化钠溶液反
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答案
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答案
5.制备硅单质时，主要化学反应如下： 高温 ①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭) ===== Si(粗硅)＋2CO↑； ②Si(粗硅)＋2Cl2 高温 高温 SiCl ；③ SiCl ＋ 2H ===== 4 4 2 ===== Si(纯硅)＋4HCl。下列对上述三个反 应的叙述中，不正确的是
活学活用 1.下列关于碳和硅的叙述中，正确的是
√
A.加热到一定温度时，其单质都能与氧气等非金属反应 B.常温下，碳单质化学性质活泼，硅单质化学性质不活泼 C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D.碳和硅两种元素都有能导电的单质，在自然界中均有单质硅和化合态硅
拓展延伸
解析
答案
2.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法进行制备：
①C ②HCl ③过量H2 SiO2― ― ― →Si(粗)― ― ― →SiHCl3― ― ― ― ― ― ― ― ― ― →Si(纯) 高温 300 ℃ 1 000～1 100 ℃
下列说法不正确的是 A.①②③均属于氧化还原反应 B.SiHCl3(沸点31.8 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6 ℃)，通过蒸馏可提纯 SiHCl3 C.氢气和氯化氢均可循环利用
√
高温 D.反应①的化学方程式为SiO2＋C ===== Si＋CO2↑
易错警示 解析 答案
二、二氧化硅与光导纤维
1.硅的氧化物为二氧化硅，广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了 晶体；玛瑙是含有色杂质的石英晶体；硅藻土是无定形 SiO2。根据日常生
岩石。沙是含 较多杂质 的SiO2；石英是含 较少杂质的 SiO2 ；水晶是透明的石英 活中的实例描述二氧化硅的物理性质：_____________________ 坚硬固体、不溶于水、
应外，不与其他物质反应，A项错误；
单质硅作半导体材料，不是因为其熔点高、硬度大，B项错误；
硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱等反应，C项错误；
D项正确。
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解析
答案
2.科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅
在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是
刚石相似。
请回答下列问题： ＋ 4价 。 (1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为 _____
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解析
答案
SiO2 ， B 与 炭 反 应 生 成 A 和 E 的 化 学 方 程 式 是 (2)B 的 化 学 式 为 ________ 高温 SiO2＋2C ===== Si＋2CO↑ ______________________________ 。 CaSiO3 ，D的化学式为__________ Na2SiO3 。 (3)C的化学式为________
活学活用
3.指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在 A～ E选项中选 择正确答案填入括号内。
①2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O( C ) 高温 ②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑( B ) 高温 ③SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑( E ) ④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( A ) 高温 ⑤SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑( D )