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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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鲁科版高中化学必修一课件第4章第1节硅无机非金属材料

鲁科版高中化学必修一课件第4章第1节硅无机非金属材料


1、水泥 (1)水泥的生产原料：黏土和石灰石
(2)生产过程： 两磨、一烧。 研磨→煅烧→再磨成细粉；
(3)普通硅酸盐水泥的成分： 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2)混合物 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
(4)水泥的性能： 水泥具有水硬性。
水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物——建筑黏合剂。 混凝土： 水泥、沙子和碎石的混合物。
（粗硅）
氧化剂：SiO2得到电子发生还原反应 还原剂：C失去电子发生氧化反应 粗硅提纯后可以得到高纯硅，作为半导
体材料。
硅铁 硅锰合金 硅钡合金
硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有
高纯度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯：
提纯：
高温
Si+2Cl2====SiCl4 （粗硅）
高温
SiCl4+2H2====Si+4HCl （高纯硅）
在最悲伤的时候,不能失去信念;在最幸福 的时候,不能忘记挫折。
观察硅单质的实物图片 并阅读教材P104第一段，总结硅的物理性质
物理性质
1、硅单质的物理性质
硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、 有金属光泽、硬而脆的固体。
晶体硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高， 硬度大。
导电性介于导体和绝缘体之间,是重要的半导体 材料。
思考1：硅原子最外层电子数是多少？我们很熟悉的哪
二、硅酸盐
1.含义：
硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。
2.硅酸盐的表示方法： （1）化学式法：
硅酸钠：Na2SiO3 （2）氧化物法：
硅酸钙：CaSiO3
硅酸钠：Na2O·SiO2 硅酸钙：CaO·SiO2
高中化学 第四章 第一节第1课时单质硅与半导体材料　二氧化硅与光导纤维课件 鲁科版必修1

高中化学 第四章 第一节第1课时单质硅与半导体材料　二氧化硅与光导纤维课件 鲁科版必修1


与碳
与水 化 学 与酸 性与 质 NaO
H溶 液 与 CaO
用途
二氧化碳 CO2＋C==高=温==2CO CO2＋H2O
H2CO3 不反应
CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O
CO2＋CaO===CaCO3
饮料、制碱
二氧化硅 SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑ SiO2＋3C==高=温==SiC＋2CO↑
【思路点拨】 解答此题要注意以下两点: (1)熟悉硅及其化合物的化学性质。 (2)找准特殊条件作突破口。
【解析】 由图分析：A 与 O2 反应生成 B，而 B 与碳在高温下反应生成 A 可推知 A 是单质， B 是氧化物，而 A、B 均能与 NaOH 溶液反应， 应确认 A 是硅，B 是二氧化硅，则 D 是硅酸钠， C 是硅酸。
化学方程式为：_S_iO__2＋__2_C__=_=高_=温_=_=_S_i_＋__2_C_O_↑___。
想一想 1．具有金属光泽的物质是否一定是金属 单质？ 【提示】 不一定。如晶体硅具有金属光 泽，却是非金属单质。
二、二氧化硅和光导纤维
1．二氧化硅的结构
SiO2 晶体是由硅原子和氧原子按 1∶2 的比例 构成的，每个硅原子结合__4__个氧原子，每个 氧原子结合__2___个硅原子。
1．Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还 原出 Si： SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑。 2．非金属单质跟碱液的反应一般无 H2 放出， 但 Si 与碱液(如 NaOH 溶液)反应放出 H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 3．非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但
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
鲁科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第4章 第3节 光的全反射--第4节 光导纤维及其应用

鲁科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第4章 第3节 光的全反射--第4节 光导纤维及其应用

C.欲使折射角θ2=30°,应以θ1=45°的角度入射
D.当入射角满足tan θ1= √2 时,反射光跟折射光恰好垂直
解析 当入射光由光疏介质射入光密介质时,无论入射角有多大,都不会发
而

vt=sin ,解得
答案
n=
1

C= ,n=,

。



技巧点拨
光导纤维问题的求解思路
根据题意“由A点传输到B点”画出入射、折射、全反射的光路图,结合几何
知识和临界角求解。
针对训练2
光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输。如图所示,一条圆柱形的
光导纤维,长为L,玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中
遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用。
(3)从能量角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射
角增大,折射角也增大。同时折射光线强度减弱,即折射光线能量减小,反
射光线强度增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线强度减弱到
零,反射光的能量等于入射光的能量。
3.不同色光的临界角
远处物体射向地面的光线的入射角
大于
小
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
,从
临界角时,发生全反射,人们就
会看到远处物体的倒景即蜃景。
(4)炎热的夏天,在公路上向远处看去,有时路面显得格外明亮光滑,就像被
水淋过一样,这也是一种蜃景。
2.全反射棱镜
(1)形状:截面为
等腰直角三角形
的棱镜。
(2)光学特性:
①如图甲所示,当光
直角边
斜边
垂直
于截面的
(2) 3
sin
√3
高中化学 第1课时　硅　二氧化硅课件 鲁科版必修1

高中化学 第1课时　硅　二氧化硅课件 鲁科版必修1

答案 (1)B (2)C (3)A
课时作业
1．下列关于硅的叙述中，错误的是
(C )
①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫水晶 ②单
质硅的导电性介于导体和绝缘体之间 ③晶体硅具
有金属光泽，故它属于金属材料，能导电 ④含硅的
钢具有良好的导磁性和耐酸性
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
解析 硅元素在自然界中含量丰富，但都以化合态存在，
属单质发生反应
解析 常温下，硅的化学性质不活泼，但可与氟气、氢氟
酸、强碱溶液反应：Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑ ＋2H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。故答案 为 C。
2．下列关于 SiO2 和 Si 的叙述中错误的是
(D )
A．SiO2 是一种酸性氧化物，Si 是一种非金属单质
A．反应中有 12 g C 被还原
B．反应生成了 22.4 L CO(标准状况)
C．反应中有 3.01×1023 个电子发生转移
D．反应中有 0.5 mol SiO2 被氧化
9．硅单质是从它的氧化物中提取出来的，主要的化学反
应如下： SiO2 ＋ 2C=电高==炉温==Si＋2CO↑ 石英砂 焦炭 粗硅 Si(粗)＋2Cl2=高==温==SiCl4 SiCl4＋2H2=高==温==Si(纯)＋4HCl 根据以上反应，回答下列问题。
6．制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常
用以下反应实现： ①Si(s)＋3HCl(g)=3=0=0℃==SiHCl3(g)＋H2(g)
△H＝－381 kJ·mol－1 ②SiHCl3＋H21=0=0=0=～==1==1=00=℃= Si＋3HCl
对上述两个反应的叙述中，错误的是
高中化学二轮配套课件(鲁科版必修一)第四章 第1节 第1课时 单质硅与二氧化硅

高中化学二轮配套课件(鲁科版必修一)第四章 第1节 第1课时 单质硅与二氧化硅

_________________________。

知 清
识 单
(4)工业制法：
高温 SiO2＋2C=====Si＋2CO ____________________________________________
____________________________。 (5) 用 途 ： 制 晶 体 管 、 集成电路 ________ 、 硅 整 流 管 、 ________、合金。 太阳能电池
栏 目 链 接
(5)不能用玻璃瓶盛放氢氟酸溶液。( √
)

自 检
学 测 2．下列关于硅的叙述中，错误的是( )
①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫水晶
单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间 属光泽，故它属于金属材料，能导电 好的导磁性和耐酸性 A．①② B．②③
②
③晶体硅具有金 ④含硅的钢具有良
面。

自 检
学 测 1．判断正误。
(1)SiO2与CO2相似，通常状况为气体。( × )
(2)SiO2溶于H2O可得硅酸(H2SiO3)。( × ) (3)SiO2 与氢氟酸反应，说明 SiO2 是一种碱性氧化物。 ( × ) (4)1 mol SiO2中含有6.02×1023个SiO2分子。( × )

知 清
识 单
3．单质硅。
无定形硅。 (1)同素异形体：晶体硅 ________和________
灰黑色 ，有________ 金属 光泽， (2)物理性质：晶体硅是________
硬而脆 的固体。 ________ (3)化学性质：加热条件下与O2反应：
栏 目 链 接
△ Si＋O2=====SiO2 _______________________________________________
2018-2019版高中化学 第4章 材料家族中的元素 4.1.1 硅及二氧化硅 鲁科版必修1

2018-2019版高中化学 第4章 材料家族中的元素 4.1.1 硅及二氧化硅 鲁科版必修1


2.光导纤维的主要成分是( B )
A.SiLeabharlann B.SiO2C.SiC
D.Na2SiO3
解析:光导纤维的主要成分是SiO2。
3.赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行
刻蚀而制成的。这种物质是( B )
A.盐酸
B.氢氟酸 C.烧碱
D.纯碱
解析:玻璃中的SiO2与氢氟酸反 应:SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O，故可用HF对玻璃进行刻蚀。
_S_iO__2 。
用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等，
其合金用于制造变压器铁芯和耐酸设备等。
四、二氧化硅 1.自然界中的存在:沙子、石英的主要成分是_二__氧__化__硅__。 2.物理性质
3.化学性质
SiO2与NaOH反应：S_i_O_2_+_2_N__a_O_H__=_=_=_=_N__a_2S_i_O__3+_H__2_O__。 SiO2与CaO反应：_S_iO__2+__C_a_O__=高_=_=温_=_C__a_S_iO__3。 SiO2与HF反应：_S_iO__2_+_4_H_F_=__=_=_=_S_i_F_4_↑_+_2_H_2_O___。
三、单质硅 1.物理性质
2.化学性质
常温下，硅的化学性质不活泼，但在加热条件下和某些非
金属单质(如O2、Cl2)反应。Si+O2 3.工业制取 原料：_二__氧__化__硅__和__焦__炭__; 原理：_S__iO__2+_2_C__=高_=_=温_=__S_i_+_2_C_O__↑_。
4.用途
+H2O。( √ )
探究一 碳和硅性质的比较
学年高一鲁科版化学必修1课件 第4章 第1节 硅 无机非金属材料(1)

学年高一鲁科版化学必修1课件 第4章 第1节 硅 无机非金属材料(1)


C
高温
=
Si+2CO↑反应中，
氧化剂与还原剂的物质的量比为
2：1
编辑课件
20
4.下列溶液可以盛放在玻璃瓶中， 但不能用磨口玻璃塞的是：
A.氢氟酸
B.浓硝酸
C.NaOH溶液 D.氯水
编辑课件
21
5.关于碳和硅的叙述中,不正确的是:
A.其最高价氧化物都能与NaOH溶液反应
B.单质在加热时都能与氧气反应 C.氧化物都能溶于水生成相应的酸 D.在常温下，碳和硅的单质化学性质都不 活泼
2、你知道的传统无机非金属材料有哪些？
玻璃、水泥、陶瓷等。
3、什么是半导体材料？你知道的有哪些？ 现在广泛应用的是什么？
锗、硅等。
硅（地壳中含量仅次于氧）
编辑课件
5
一、单质硅与半导体材料
硅的物理性质：
单质硅有晶体硅和无定形硅两种。
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、熔沸点高、硬而
脆的固体，是重要的半导体材料。
△ SiO2
编辑课件
8
一、单质硅与半导体材料
自然界中，硅以什么形态存在？如何制 取？ 化合态
制粗硅： SiO2＋2C 高 温 Si＋2CO ↑
编辑课件
9
粗硅提纯：
将粗硅与Cl2在高温下反应，然后把产 物蒸馏出后用氢气在高温下还原，可得
到高纯硅。（杂质不与Cl2反应）
请根据所学知识和提示，写出粗硅
普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修）
第四章
材料家族中的元素
编辑课件
1
硅芯片
石英坩埚
玻璃纤维
编辑课件
2
石英灯具
水晶原石
氮氮
化化
硅硅
《半导体材料》课件

《半导体材料》课件


N型半导体
通过向半导体中掺入五价杂质，可以形成具有负 电荷的N型半导体。
PN结
PN结是由P型和N型半导体材料结合而成的结构， 具有重要的电子器件应用。
二极管
二极管是一种基本的半导体器件。它具有只允许 单向电流通过的特性。
4. 高级半导体器件
M Oபைடு நூலகம்FET
MOSFET是一种基于半导体材料 的重要集成电路组件，广泛应用 于电子设备中。
光电二极管
光电二极管是一种半导体器件， 可以将光能转换为电能，广泛用 于通信和光电领域。
激光二极管
激光二极管是利用半导体材料产 生激光的器件，应用于激光打印 机、激光通信等领域。
5. 应用领域
计算机芯片
半导体材料是计算机 芯片制造的基础，推 动了电子产品的快速 发展。
通信设备
半导体器件在无线通 信、移动通信等领域 中发挥着重要的作用。
光电子器件
光电子器件利用半导 体材料的特性，实现 光信号的检测和处理。
新能源领域
半导体材料在太阳能 电池、燃料电池等新 能源领域有着广泛的 应用。
6. 总结
半导体材料具有独特的电性能和广泛的应用。通过了解半导体的基本概念和器件原理，我们可以更好地理解现 代电子技术的发展和应用。期待未来半导体材料的更多突破和创新！
2. 基本概念
1 价带和导带
半导体中的价带和导带决定了电子的能量状态和传导性质。
2 禁带宽度
禁带宽度是指价带和导带之间的能量间隔，影响了半导体的导电性。
3 掺杂
通过掺杂杂质，可以改变半导体的导电性能，使其成为P型或N型半导体。
3. 掺杂与半导体器件
P型半导体
通过向半导体中掺入三价杂质，可以形成具有正 电荷的P型半导体。
第四章半导体材料-PPT课件

第四章半导体材料-PPT课件


h
并非所有半导体都能发光。Si、Ge不发光。由能 带结构决定。间接能带结构的半导体不发光。直接能带 结构的半导体才发光。（发光材料一章介绍） Si、Ge是间接能带结构。Ⅲ-Ⅴ族化合物如GaAs、 InP是直接能带，可以发光，被用作激光器和发光管。
目前，科学家正努力寻找Si发光的方法，如Si纳米 结构、超晶格。若成功，将使微电子器件和光电子器 件集中在一个硅片上，能大大提高效率、降低成本， 称为光电集成。
统称为半导体微结构材料（人工材料）
A B 异质结—两种不同半导体材料组成的结 量子阱—两个同样异质结背对背 ABA B ABA B 超晶格—两种或以上薄层周期性交替 生长。
半导体中自由电子局限于一个平面内运动——二维 电子气 理论上证明：二维运动电子发射光比 体材料三维运动电子发光更集中，更适合 做激光器，还有其他应用。 可以选择不同材料，设计具有不同禁带宽度和光 学性质的量子阱、超晶格制作新型光电器件——称为能 带裁剪工程。 二、超晶格种类 1、组分超晶格 不同半导体材料薄膜堆垛而成。
Si Si Si
Si
Si中掺5价P，P取代Si原子。4个 价电子与Si组成共价键。第5个价电 子多余，输送到导带上成为自由电 子。导带中电子导电。 产生的自由电子浓度约等于杂质 原子浓度（可控）。
导带
Si Si
e
Si
P
Si
导带
P
P
施主
P
P
n型半导体
价带
P
P
施主
P
P
价带
P称为施主杂质，表示能给出一个价电子。
当T升高，电子激发到 导带，在价带留下空穴。在 电场作用下，导带中电子和 价带中空穴均导电，称为本 征导电。
《半导体材料》PPT课件

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• 电子能级：能量单位是电子伏特（ev）， 代表一个电子从低电势处移动到高出1V的 电势处所获得的动能。
• 价电子层：给定一种原子，最外部的电子 层就是价电子层，对原子的化学和物理性 质具有显著的影响。
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6
• 固体能带论：解释了固体材料中电子怎样 改变轨道能级。
• 离子：当原子失去或得到一个或多个电子 时成为离子。
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46
• 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时， 交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结 处于动态平衡。ＰＮ结的宽度一般为0.5um。
• PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移 运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。
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47
2.9半导体二极管的结构 1.点接触型二极管的结构
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25
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26
硅的熔点是1412℃，是一种质硬的脆性材料，变 形很容易破碎，与玻璃相似。可以抛光得像镜面 一样平整。
本征半导体： 不含任何杂质和缺陷的纯净半导体， 其纯度在99.999999%（8~10个9）。
掺杂半导体：把特定的元素引入到本征半导体中， 可提高本征半导体的导电性。
Jn qDnn J p qDpp
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39
总的电流扩散密度为：
J Jn Jp
qD nnqD pp
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40
2.6载流子的迁移率 迁移率：漂移速度与外加电场强度之间的比例常数。
v E
载流子被电场加速的同时，将与晶格格点和晶格 中的杂质碰撞产生散射，各种散射机构决定了载 流子的迁移率的大小。
介电常数：介电材料是电容器中的关键部 分。介电常数K已经成为一个重要的半导体 性能参数。
鲁科版高中化学必修一课件《第四章第一节硅、无机非金属材料(第一课时)》课件.pptx

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• 锗1．半导体体材体料 硅
• 特指导电能氧力介于化 _____和
_硅盐_酸______之间的合一类材料，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____。
• •
颜2在灰．色黑地色硅壳的光有里存金属泽，在硅熔的很高点含量质仅硬脆而地次于导 性_半体_电导_，
• (2)化学性质： • 常温下，硅的化学性SiO质2 不
活泼，但在加热条件下和 某些非金属单质(如O2、 Cl2)反应。Si＋O2_________
二、二氧化硅与光导纤维
• 阅读课本P108至P109以上内容，完成以下问 题
• 1．二氧化硅 • (1)二氧化硅的存在
水晶
• 二氧化硅广泛存在于自然界中，是沙子、 石英的主要成分。透明的石英晶体俗称 颜__色___。熔点 硬度 水溶性
• (2无)色二氧化高硅的物理大性质 不溶
• (3)二氧化硅的结构 • SiO2晶体是由Si原子和
O原子按原子个数比 1∶2构成的。 • (4)二氧化硅的化学性质 • SiO2不与水、一般的酸 反应
• 2．光导纤维
SiO2
• (1)主要成分：_____。
• (2)用途：光纤通讯、 能量传输、信息处理。
高中化学课件
金戈铁骑整理敬请各位同仁批评指正共同进步
硅无机非金属 材料
化学1第四章第一节第一课时
学习目标：
1.了解硅的物理性质、化 学性质。(重点) 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。(重点)
一、单质硅与半导体材料
• 阅读教材P107至P108，完成以下问 题： 生反应的一组是( ) •①硅与NaOH溶液 ② 硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 •④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液

《半导体材料》课件

解决策略
解决可靠性问题需要从材料的设计、制备、封装、测试等各个环节入手，加强质量控制和可靠性评估。
半导体材料的环境影响与可持续发展
环境影响
半导体材料的生产和使用过程中会对环境产生一定的影响，如能源消耗、废弃物处理等。
可持续发展
为了实现可持续发展，需要发展环保型的半导体材料和生产技术，降低能源消耗和废弃物排放，同时 加强废弃物的回收和再利用。
《半导体材料》ppt 课件
目录
CONTENTS
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 常见半导体材料 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战
01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体 之间，其电阻率受温度、光照、电场 等因材料的制备技术
制备技术
为了获得高性能的半导体材料，需要 发展先进的制备技术。这包括化学气 相沉积、分子束外延、离子注入等。
技术挑战
制备技术面临的挑战是如何实现大规 模生产，同时保持材料的性能和均匀 性。
半导体材料的可靠性问题
可靠性问题
随着半导体材料的广泛应用，其可靠性问题越来越突出。这包括材料的稳定性、寿命、可靠性等方面的问题。
VS
电阻率
电阻率是衡量材料导电能力的物理量。半 导体的电阻率可以通过掺杂等方式进行调 控，从而实现对其导电性能的优化。
光吸收与发光特性
光吸收
半导体具有吸收光子的能力，当光子能量大于其能带间隙时，电子从价带跃迁至导带， 产生光电流。
发光特性
某些半导体在受到激发后可以发出特定波长的光，这一特性使得半导体在发光器件、激 光器等领域具有广泛应用。
离子束刻蚀
利用离子束对材料进行刻蚀，实现纳米级加工。

高中化学鲁科版必修一 第4章第3节专题讲座 课件

2．玻璃纤维 玻璃纤维是将熔化的玻璃以极快的速度拉成
的极细的丝。这种纤维柔软如蚕丝，可以 像棉纱一样纺织。直径为5～10 μm的玻璃 纤维，只有头发丝直径的1/10左右，但其 拉伸强度却接近高强度钢的拉伸强度，为 天然纤维或合成纤维拉伸强度的5～30倍。 在一些具有特殊用途的制品，如防火衣、 宇航服和宇宙飞船中，采用直径为3～5 μm的超细玻璃纤维或中空玻璃纤维，以提
3
第4章 材料家族中的元素
3．碳纤维 碳纤维从外观上看呈暗黑色，具有许多优异
而奇特的性质。它的化学稳定性好；耐酸 碱腐蚀；在空气里加热到400 ℃无明显变 化；在没有氧气的环境里加热到1 500 ℃， 强度也不会下降；有良好的耐低温性能， 在－200 ℃时也不会发脆。碳纤维大多是 用聚丙烯腈纤维为原料制得的，首先将聚 丙烯腈原丝置于200～300 ℃的温度下进行 预氧化处理，这一步处理使原丝中的链状 分子环化脱氢。随后在惰性气体中4继续加
好的耐低温性能 • D．氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤
维，做复合材料的增强体 5
第4章 材料家族中的元素
• 2．对下列材料的特征及用途的说法B ，不正 确的是( )
• A．玻璃钢强度高、密度小、耐腐蚀，可用 于废水处理系统的管道
• B．玻璃纤维柔软如丝，可像棉纱一样纺织， 但拉伸强度极低
• C．光导纤维传导光的能力很强，是非常好 的通讯材料
第4章 材料家族中的元素
专题讲座 几种“纤维”的区别
1
第4章 材料家族中的元素
1．光导纤维
光导纤维简称“光纤”，是一种能利用光的
全反射作用来传导光线的要成
分为SiO2。其除了用于通讯外，还可用于 能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器
械制造等方面。
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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
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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:
d. 硅在氧气中加热:Si+O2
SiO2 。
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(4)工业制法。
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:
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。
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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
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。
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 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。
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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
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。
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