5.3.2 硅和二氧化硅（讲义）-【思维课堂】2022-2023学年高一化学同步精品备课系列（人教版2019必修第二册）

第五章 第三节 第2课时 硅和二氧化硅 学习目标： 1. 了解硅、二氧化硅的性能和主要用途； 2. 感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用。 硅 知识整理 1．硅元素的存在 硅在地壳中的含量仅次于氧，为26.3%。硅是一种亲氧元素，在自然界仅以化合态的形式存在，主要以硅酸盐(如：地壳中的大多数矿物)和氧化物(如：水晶、玛瑙)的形式存在 2．硅的物理性质 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔、沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 3．化学性质 硅的原子结构示意图为，最外层有4个电子，反应中既不容易得到电子，也不容易失去电子 (1)常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱(如NaOH)溶液反应 ①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4 ②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应 ①与O2反应：Si＋O2SiO2 ②与Cl2反应：Si＋2Cl2SiCl4 ③与C反应：Si＋CSiC 4．单质硅的制备——硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料制取单质硅 (1)单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段 ①用碳还原二氧化硅制备粗硅 SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 【微点拨】 ①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2 ②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅 (2)工业制备高纯硅的原理 工业制备高纯硅的原理示意图 涉及的主要化学反应 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl 5．硅主要的用途 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池；单质硅常用作半导体材料和合金材料 【微点拨】 (1)硅单质的特性 ①非金属单质一般不与非氧化性酸作用，但Si却能与氢氟酸作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ②非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力 ③Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 ④非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)硅与NaOH溶液的反应本质 在硅与NaOH溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂是水，该反应可理解为分两步进行。首先，硅与水反应生成H2SiO3和H2：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑；然后，H2SiO3与NaOH反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。当标电子转移的方向和数目时，应表示为： 典型例题 1．下列说法正确的是(　　) A．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 B．酸性氧化物都只能与碱反应，不能与任何酸发生反应 C．工业上用焦炭和石英制取粗硅的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑ D．不能用SiO2与水反应来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化 2．下列关于硅的说法不正确的是(　　) A．硅是非金属元素，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．用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化 D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属单质发生反应 3．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，②Si(粗)＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl，关于上述反应的叙述不正确的是(　　) A．①③是置换反应，②是化合反应 B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅 C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子 D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 二氧化硅 知识整理 1．存在：SiO2广泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅 2．物理性质：SiO2不溶于水，熔点高，硬度大 3．结构 SiO2晶体的基本结构单元是硅氧四面体，每个Si原子周围结合4个O原子，每个O原子与2个Si原子相结合，许多以Si为中心，O在4个顶点的四面