高中化学 第4章 材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料学案 鲁科版必修1-鲁科版高中必修1化学学案VIP免费

硅无机非金属材料[核心素养发展目标]1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硅及其重要化合物的主要性质。2.通过新型无机非金属材料的学习，知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。一、单质硅与半导体材料1.半导体材料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。目前广泛使用的半导体材料是硅。2.单质硅(1)存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，自然界中没有游离态的硅，常见化合态的硅有二氧化硅和硅酸盐等。(2)物理性质：单质硅可分为晶体硅和无定形硅(非晶硅)两种。晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，是良好的半导体材料。(3)化学性质：硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。加热时，能与O2、Cl2、C发生化合反应。①与非金属单质反应与氟气反应：Si＋2F2===SiF4。与氯气反应：Si＋2Cl2=====SiCl4。与氧气反应：Si＋O2=====SiO2。②与氢氧化钠溶液反应化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。③与氢氟酸反应化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(4)高纯硅的制取：制粗硅：SiO2＋2C=====Si(粗)＋2CO↑。提纯(与Cl2反应)：Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4。还原(用H2还原)：SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl。(5)硅的用途硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛用于计算机技术领域，如制造晶体管、硅芯片、集成电路。硅还可用于制造硅整流器、太阳能电池及硅合金等。例1下列关于碳和硅的叙述中，正确的是()A.加热到一定温度时，其单质都能与氧气等非金属反应B.常温下，碳单质化学性质活泼，硅单质化学性质不活泼C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.碳和硅两种元素都有能导电的单质，在自然界中均有单质和化合态答案A解析碳原子和硅原子最外层电子数都是4个，不容易得到或失去电子，化学性质都不活泼，B项错误；硅在常温下能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液反应，C项错误；石墨和晶体硅都能导电，在自然界中有单质碳，也有化合态碳，但在自然界中只有化合态硅，没有游离态的硅，D项错误；在加热条件下碳和硅都能与氧气等非金属单质反应，A项正确。例2高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法进行制备：SiO2――→Si(粗)――――→SiHCl3―――――→Si(纯)下列说法不正确的是()A.①②③均属于氧化还原反应B.SiHCl3(沸点31.8℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3C.氢气和氯化氢均可循环利用D.反应①的化学方程式为SiO2＋C=====Si＋CO2↑答案D解析反应①是二氧化硅与焦炭反应生成硅和一氧化碳，反应②是硅与氯化氢反应生成三氯甲硅烷(SiHCl3)和氢气，反应③是三氯甲硅烷(SiHCl3)与氢气反应生成硅和氯化氢，三个反应中都有单质参加反应并有新单质生成，一定有元素的化合价发生变化，它们都是氧化还原反应；SiHCl3与SiCl4的沸点相差较大，所以可通过蒸馏除去SiCl4；在高纯硅的生产流程中，氢气和氯化氢可以重复利用；二氧化硅与C在高温条件下反应生成Si和CO，不是二氧化碳。易错警示二氧化硅与焦炭在高温下制取粗硅的反应中生成的是CO而不是CO2；教材中粗硅提纯过程为粗硅――→SiCl4――→Si(高纯硅)，反应为Si＋2Cl2=====SiCl4、SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl。二、二氧化硅与光导纤维1.二氧化硅的存在二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。沙是含较多杂质的SiO2；石英是含较少杂质的SiO2；水晶是透明的石英晶体；玛瑙是含有色杂质的石英晶体；硅藻土是无定形SiO2。2.二氧化硅的结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。3.物理性质熔点高，硬度大；溶解性：不溶于水。4.化学性质列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。CO2SiO2物理性质气体，熔、沸点低，能溶于水固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水与碱性氧化物反应CaO＋CO2===CaCO3CaO＋SiO2=====CaSiO3与碱液反应2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O(CO2少量)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与H2O反应CO2＋H2OH2CO3不与水反应与酸反应不反应只与HF反应，SiO2＋4HF===SiF4...