5.3.1 硅和二氧化硅 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第1课时 硅和二氧化硅 第五章 化工生产中的 重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 课堂导入 世界著名高科技产业区——硅谷 硅谷，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷的别称。硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。 硅元素的存在形态 硅是亲氧元素，自然界中分布广泛，没有游离态，只存在化合态(硅酸盐和氧化物)，是构成矿物和岩石的基本元素。 硅元素的“位—构—性” 位置 第三周期第ⅣA族 既不容易得到4个电子，也不容易失去4个电子 硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物 性质 结构 一、硅单质 1、硅单质的类型 晶体硅 为具有正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似 无定形硅 并非所有的原子都与其它原子严格按照正四面体排列 (不稳定性) 一、硅单质 2、硅的物理性质 灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体 熔、沸点高，硬度大 应用最为广泛的半导体(导电性介于导体和绝缘体之间) 一、硅单质 3、硅的化学性质 常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质起反应。 Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑ Si + 2F2 = SiF4 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑ 但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。 Si + 2Cl2 == SiCl4 Si + O2 == SiO2 Si + C === SiC 高温 一、硅单质 4、高纯硅的制备 工业上制高纯硅，一般先制得纯度98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。 SiO2 + 2C ========= Si + 2CO↑ Si + 3HCl ===== SiHCl3 + H2 1800~2000℃ 300℃ SiHCl3 + H2 ====== Si + 3HCl 1100℃ 一、硅单质 5、硅的用途 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，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 随堂演练 高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备： 下列说法不正确的是( ) A.步骤①的化学方程式：SiO2 + C ==== Si + CO2↑ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子 C.步骤③中的反应为氧化还原反应 D.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料 高温 A 随堂演练 B 二、二氧化硅 1、二氧化硅的类型 SiO2是硅的重要化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。 结晶形 玛瑙 水晶 无定形 硅藻土 二、二氧化硅 2、二氧化硅的结构 二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示O与Si的原子个数比，不是分子式是化学式 每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心，O在四个顶角，同时每1个O原子周围结合2个Si原子 [SiO4] 四面体结构 立体网状结构 物理性质：硬度大，熔点高，难溶于水 化学性质：稳定性好 决定 二、二氧化硅 3、二氧化硅的化学性质 酸性氧化物的通性——但不溶于水，也不与水反应 ①与强碱反应：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O ②与碱性氧化物反应：SiO2 + CaO ==== CaSiO3 高温 硅酸钠，俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂 课本P25 4. ③还能与碳酸盐反应：SiO2 + Na2CO3 ==== Na2SiO3 + CO2↑ 高温 SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 + CO2↑ 高温 二、二氧化硅 普通玻璃的组成中含有较多的二氧化硅，氢氧化钠能和二氧化硅反应生成Na2SiO3，但此反应在成型的玻璃表面进行时很慢的，几乎不会影响瓶子本身。所以可以用玻璃瓶。但如果用玻璃塞，当水分蒸发后，Na2SiO3能使玻璃瓶与瓶塞牢固地粘连在一起，所以实验室中盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶都用胶塞或软木塞。 课本P25 4. 二、二氧化硅 H2S + CuSO4 = CuS↓ + H2SO4 二、二氧化硅 3、二氧化硅的化学性质 氧化性 SiO2 + 2C ========= Si + 2CO↑ 1800~2000℃ 特性——能与氢氟酸(HF)反应 SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃瓶而要用塑料瓶 氢氟酸“刻”的 玻璃工艺品 课本P25 3. 二、二氧化硅 4、二氧化硅的用途 可用来生产光导纤维 水晶、玛瑙等饰品 制作耐高温仪器 答案:不能。SiO2与Na2CO3反应,是在高温下,且生成的产物是CO2气体,可以脱离反应体系,并不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3的酸性。 答案:不能。比较氧化性、还原性的强弱,必须是在通常情况下发生的反应,题述反应是在高温条件下发生的,故不能用于比较两者还原性的强弱。 $