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。

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。

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。

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 。

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。

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。