5.3.1 硅和二氧化硅（讲义）-2023-2024学年高一化学同步精讲讲义（人教版2019必修第二册）

第三节无机非金属材料 （1）硅和二氧化硅 【学习目标】 1、掌握硅元素在自然界中的存在形式，熟悉硅的化学性质及其用途 2、掌握二氧化硅的化学性质和用途，辨析二氧化硅和二氧化碳性质的差异性 一、硅 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 的形式存在，主要以 (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 晶体硅是一种带有 的灰黑色固体，晶体硅熔点 、硬度 、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的 材料。 3、化学性质 硅的原子结构示意图为 ，最外层有 个电子，反应中既不容易 电子，也不容易 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： ②与氢氟酸反应： 。 ③与NaOH溶液反应： 。 (2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应 ①与O2反应： 。 ②与Cl2反应： 。 ③与C反应： 。 4、单质硅的制备——硅在自然界中以化合态存在，工业上常以 为原料来制取单质硅 (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 ②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 【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 而不是 。 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 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： 。 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： 。 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： 。 (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 ，氧化剂是 。当标电子转移的方向和数目时，应表示为： 。 【 二、二氧化硅(SiO2) 1、存在：SiO2广泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有 形和 形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是 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 水，熔点 ，硬度 。 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 个O原子，每个O原子与 个Si原子相结合，许多以Si为中心，O在4个顶点的四面体通过顶点的O相连接而组成 的晶体 ①二氧化硅晶体是原子晶体，是由硅原子和氧原子构成的 ②二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为 。 ③二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键的比为 ，即1mol SiO2晶体中约含 个Si—O共价键 4、化学性质 (1)具有酸性氧化物的通性：SiO2是 ，难溶于于水 ①SiO2与NaOH溶液反应： 。 ②SiO2与碱性氧化物反应： 。 (2)SiO2的弱氧化性： 。 (3)SiO2能与氢氟酸(HF)反应： 。 (用氢氟酸刻蚀玻璃) 【微点拨】 ① 盛装 等碱性溶液的玻璃试剂瓶应用橡皮塞或软木塞，而不能用磨口玻璃塞，盛装硅酸钠溶液的试剂瓶也不能用玻璃塞(硅酸钠是一种矿物胶，粘性大) ② 氢氟酸可较快腐蚀玻璃，可用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用 保存氢氟酸