5.3.1硅和二氧化硅2 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第三节 无机非金属材料 第2课时 新型无机非金属材料 （1）原子结构： （2）元素周期表位置： 一、硅 1.硅元素(Si) （3）性能： 正好处于金属与非金属的过渡位置 第三周期第ⅣA族 单质的导电性介于导体和绝缘体之间,是应用广泛的半导体材料 既不易得电子，又不易失电子，主要以+4价化合物存在 2 （4）硅的含量 硅是地壳中第二丰富的元素，仅次于氧 （5）硅的存在形式 硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态。 地壳中含量前五位的元素 O Si Al Fe Ca 硅酸盐矿石 水晶（ SiO2 ） 玛瑙（ SiO2 ） 硅酸盐：地壳中大多数矿物 氧化物：二氧化硅（水晶，玛瑙，沙子等） 3 （1）物理性质： 晶体硅是带有金属光泽，结构类似金刚石， 2.硅单质 Si原子 为硬而脆的灰黑色固体,熔点高， 硬度大。 4 （2）化学性质： ①与F2、O2、Cl2、C等非金属单质反应 Si + O2 ==== SiO2 (将Si粉碎, 在O2中燃烧) Si + 2Cl2 ==== SiCl4 常温下为液体 Si + C ==== SiC 高温 金刚砂 Si+2F2 = SiF4 常温下为无色，有毒，有刺激性臭味的气体。 2.硅单质 5 Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑ Si+4HF == SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应) 硅与强碱溶液反应生成氢气： 常见单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属Al，非金属Si。 ③(特性)与HF反应 2.硅单质 （2）化学性质： ②与碱反应 6 （3）用途： 硅单质可用于：太阳能电池、芯片、半导体材料（集成电路、晶体管、硅整流器） 芯片 太阳能电池 2.硅单质 【资料卡片】P22 ① ② ③ 2.硅单质 （4）高纯硅的制备： 原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经H2还原。 粗硅 2C+ SiO2==== Si + 2CO↑ 高温 ①粗硅的制取：工业上用焦炭还原石英砂 ②粗硅的提纯 Si + 3HCl ===== SiHCl3 + H2 300℃ SiHCl3 + H2 ===== Si + 3HCl 1100℃ (三氯硅烷) 高纯硅 +4 3.二氧化硅 （1）结构：SiO2晶体是以Si为中心，O在4个顶角的[SiO4]四面体形成的空间立体网状结构 没有单个SiO2分子存在 每个Si周围结合 个O 每个O周围结合 个Si 晶体Si的结构 SiO2的结构 4 2 只存在硅氧原子,Si:O比例: . 1:2 （2）物理性质：是一种坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的SiO2无色透明。 结晶形(石英晶体) 无定形——硅藻土 硅石、水晶、石英、玛瑙、硅藻土、沙子主要成分都是SiO2 水晶 玛瑙 3.二氧化硅 （3）存在： 3.二氧化硅 （4）化学性质： ①酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性（类比CO2） a.不溶于水，不与水反应（特殊） b.与碱性氧化物反应 CaO＋SiO2 CaSiO3 高温 c.与某些盐反应 (原理：高沸点物质制低沸点物质） 工业制玻璃 Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑ 高温 CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑ 高温 3.二氧化硅 d.与强碱反应 SiO2 ＋2NaOH = Na2SiO3+H2O Na2SiO3俗称泡花碱，其水溶液俗为“水玻璃”，可作粘合剂，防火剂 ②SiO2的特性 SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 与氟化氢反应 （氢氟酸是唯一可以与SiO2反应的酸） ③弱氧化性 SiO2＋2C Si＋2CO↑ == 高温 这个反应能够说明C和Si的非金属性强弱吗？ 与量无关 思考🤔 （2）加热熔融NaOH固体时，用什么材质的坩埚？ 陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，能与NaOH反应，刚玉坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应，所以用铁坩埚。 （1）实验室存放NaOH溶液的试剂瓶不用玻璃塞而用橡胶塞? 为什么试剂瓶可以是玻璃的？ NaOH与SiO2反应缓慢，且玻璃瓶内壁光滑，接触面积小，更不容易发生反应，因此可以用玻璃瓶盛放NaOH溶液。 NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。 思考🤔 （3）SiO2既能与强碱反应，又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？ 不是两性氧化物，SiO2和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐。 （4）HF酸该如何保存？ HF能腐蚀玻璃，因此不能用玻璃瓶装，需要用塑料瓶保存 【对比】 硅单质的用途 ①半导体材料—硅芯片、硅整流器、集成电路等 ②光太阳能电池 ③制备合金 （5）用途： ①制作首饰与工艺品（水晶、玛瑙） ②制作光学仪器（石英玻璃、石英坩埚） ③二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 1.有下列物品或设备：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃 ⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维⑩计算机芯片 （1）使用了硅单质的是______．（用序号填写，下同） （2）使用了SiO2的是 ． （3）使用了硅酸盐材料的是____________． 课堂练习 ⑧⑩ ③④⑤⑥⑦⑨ ①②③④ 2. 下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　） A．SiO2能与水反应生成硅酸 B．SiO2与CO2的结构相同 C．SiO2用于太阳能电池 D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中 D 3.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，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 A SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯) $