2019_20学年高中化学第4章第1节第1课时半导体材料和光导纤维课件鲁科版必修.pptx

第4章 材料家族中的元素,第1节 硅 无机非金属材料,第1课时 半导体材料和光导纤维,一,二,三,自主阅读,自主检测,一、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,最早使用的半导体材料是Ge,现在最广泛使用的半导体材料是Si。,一,二,三,自主阅读,自主检测,二、硅 1.硅的存在 在地壳中,硅的含量仅次于氧,全部以化合态存在,主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐。 2.单质硅 (1)硅的同素异形体:晶体硅和无定形硅。 (2)物理性质。 晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,熔点高,能导电,是良好的半导体材料。,一,二,三,自主阅读,自主检测,(3)化学性质。 在常温下,硅的化学性质不活泼,它不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。 在加热条件下,硅能与某些非金属单质发生反应。例如,加热时,研细的硅能在氧气中燃烧,生成二氧化硅并放出大量的热。 请写出下列化学方程式:,一,二,三,自主阅读,自主检测,(4)工业制法。 粗硅提纯: 工业上,用焦炭还原二氧化硅的方法制得的硅中含有少量杂质,叫作粗硅。工业对粗硅进行提纯的原理为:在高温下让粗硅与氯气反应,其产物在高温下被氢气还原,从而得到较纯的硅。请写出上述过程中有关的化学方程式: (5)用途。 硅可用来制造集成电路、太阳能电池、硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。,一,二,三,自主阅读,自主检测,三、二氧化硅与光导纤维 1.二氧化硅 (1)自然界中的存在:沙子、石英、水晶的主要成分是二氧化硅。 (2)物理性质:,(3)化学性质:二氧化硅化学性质不活泼,一般不与酸反应。 具有酸性氧化物的性质: a.与氢氧化钠溶液反应:,一,二,三,自主阅读,自主检测,b.应用:刻蚀玻璃。 2.光导纤维 (1)主要成分:SiO2。 (2)用途:用于光纤通信、能量传输和信息处理等方面。,自主阅读,自主检测,1,2,3,4,1.硅在地壳中含量丰富,有着地球“骨骼”之称。以下关于硅的说法中,你认为合理的有( ) A.晶体硅和金刚石的物理性质相似 B.硅在地壳中的含量居第二位,可以以游离态存在于自然界中 C.晶体硅和无定形硅都是硅的同素异形体,都有规则的几何外形 D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电 解析：硅是地壳中含量居第二位的元素,以化合态存在于自然界中,其同素异形体有晶体硅和无定形硅两种,晶体硅的结构类似于金刚石,物理性质也相似,是良好的半导体材料。 答案：A,自主阅读,自主检测,1,2,3,4,2.下列关于硅的说法中,不正确的是( ) A.硅是非金属元素,但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体 B.硅的导电性能介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料 C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应 D.当加热到一定温度时,硅能与氧气等非金属反应 解析：硅在常温下能与HF反应,C项错误。 答案：C,自主阅读,自主检测,1,2,3,4,3.关于二氧化硅,下列叙述不正确的是( ) A.水晶的成分是二氧化硅 B.二氧化硅晶体中不存在单个SiO2分子 C.二氧化硅溶于水且显酸性 D.二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 解析：CO2通常状况下为气体,与SiO2物理性质相差很大;SiO2晶体不溶于水,也不能与水反应生成H2SiO3;SiO2晶体是由Si和O按12的比例所组成的立体网状结构的晶体,不存在单个SiO2分子。 答案：C,自主阅读,自主检测,1,2,3,4,4.下列叙述中正确的是( ) A.自然界中二氧化硅都存在于石英中 B.二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物 D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,但二氧化硅不能与水反应生成硅酸 解析：硅是亲氧元素,主要以氧化物及硅酸盐形式存在,如石英、水晶、硅石等主要成分都是二氧化硅,故A项错误;CO2和SiO2在物理性质方面有很大差异,故B项错误;SiO2与氢氟酸反应,不属于两性氧化物与酸的一般反应,故C项错误;SiO2虽属于酸性氧化物,但不能直接与H2O反应生成H2SiO3,D项正确。 答案：D,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,硅及其化合物的特性,有人认为性质活泼的单质不能在自然界中存在,而不活泼的单质都能以单质的形式存在于自然界中。 根据你所学的知识判断上述说法是否正确,试举例说明。 探究提示不完全正确。绝大多数性质活泼的单质不能在自然界中存在,如钠、氯气等,但是氧气性质活泼,可以在自然界中存在。不活泼的单质有的也不能以单质的形式存在于自然界中,如硅单质。,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,(4)非金属单质一般不导电,但Si为半导体,有一定的导电能力。,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,2.SiO2的特性 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接用它与水反应来制取H2SiO3。 (2)非金属氧化物的熔沸点一般较低,但SiO2的熔沸点却很高。 (3)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用: SiO2+4HF SiF4+2H2O 3.硅酸的特性 无机酸一般易溶于水,但H2SiO3却难溶于水。,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,【例题1】 下列关于硅及硅的化合物的叙述中不正确的是( ) 硅是地壳中含量最多的非金属元素 晶体硅是良好的半导体材料 二氧化硅是制造光导纤维的重要原料 二氧化硅既能与氢氟酸反应,又能与氢氧化钠反应 二氧化硅是酸性氧化物,溶解于水得到硅酸 硅的晶体结构与金刚石的结构相似,它们的熔沸点都比较高 A. B. C. D. 解析：硅在地壳中的含量仅次于氧,是处于第二位的非金属元素;二氧化硅虽然是酸性氧化物,但不能与水反应。 答案：D,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,规律方法点拨Si和SiO2的比较,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,跟踪训练1下列关于二氧化硅的说法正确的是 ( ) A.二氧化硅既能与氢氟酸反应又能与氢氧化钠溶液反应,所以二氧化硅是两性氧化物 B.二氧化硅分子中含有一个硅原子和两个氧原子 C.二氧化硅溶于水得到硅酸 D.纯净的二氧化硅是无色的且熔点高,硬度大 答案:D,探究一,探究二,问题探究,知识点拨,典例引领,CO2和SiO2的性质比较,分类和比较是学习化学的重要方法。CO2和SiO2在物质的分类中都属于酸性氧化物。 (1)试写出CO2和SiO2与碱溶液反应的离子方程式。 (2)有人认为SiO2能与HF反应,因此属于两性氧化物。这种观点正确吗?,(2)两性氧化物指的是同时能与酸、碱反应生成盐和水的氧化物,而SiO2与氢氟酸反应生成的SiF4不是盐,故SiO2不是两性氧化物。,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,二氧化碳与二氧化硅的性质比较,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,【例题2】 下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是 ( ) A.CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐 B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物 D.CO2和SiO2都是由相应的分子构成的 解析：虽然SiO2是H2SiO3的酸酐,但CO2可溶于水生成H2CO3,SiO2却不能溶于水生成H2SiO3,B错误;SiO2与CO2都是酸酐,都是酸性氧化物,A正确,C错误;CO2是由CO2分子构成的,而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的,SiO2中不存在分子,D错误。 答案：A,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,规律方法点拨SiO2和CO2分别为H2SiO3和H2CO3的酸酐,H2CO3的酸性比H2SiO3的强,因此CO2通入Na2SiO3溶液中可生成白色的硅酸沉淀:Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3。 而Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2不是在溶液中发生的,不能说明H2SiO3和H2CO3的酸性相对强弱。,问题探究,知识点拨,典例引领,探究一,探究二,跟踪训练2在一定条件下,既能与CO2反应,又能与SiO2反应的物质是( ) NaHCO3溶液 浓硫酸 NaOH溶液 碳 A. B. C. D. 答案：D,1,2,3,4,5,1.硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色,被誉为无机非金属材料的主角。下列物品用到硅单质的是( ) A.玻璃制品 B.石英钟表 C.计算机芯片 D.光导纤维 解析：玻璃制品为硅酸盐材料;石英钟表与光导纤维主要部件的成分为SiO2;芯片其主要成分为晶体硅。 答案：C,1,2,3,4,5,2.光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息科学迅猛发展。光导纤维的主要成分是( ) A.CaCO3 B.SiO2 C.Na2SiO3 D.CaSiO3 解析：光导纤维的主要成分是SiO2。 答案：B,1,2,3,4,5,3.下列物质在一定条件下能与SiO2发生反应的是( ) 浓硫酸 H2O 浓硝酸 氢氟酸 KOH溶液 氧化钙 碳酸钠 A. B. C. D. 解析：SiO2能与氢氟酸反应;SiO2是酸性氧化物,能与KOH溶液反应;SiO2能与CaO在高温下反应生成CaSiO3;SiO2能与碳酸钠在高温下反应生成Na2SiO3和CO2。 答案：C,1,2,3,4,5,4.下列有关硅的叙述中,正确的是( ) A.硅在常温下就能与氢气发生化合反应 B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C.硅的化学性质不活泼,在常温下不与任何物质反应 D.硅在电子工业中,是最重要的半导体材料 解析：硅的化学性质稳定,常温下与氢气、氧气等不反应,只有在高温条件下才能反应,A错;氧元素在地壳中的含量居第一位,B错;硅的化学性质不活泼,但可与F2、HF和强碱等反应,C错。 答案：D,1,2,3,4,5,5.硅单质及其化合物应用范围很广。制备硅半导体材料必须先得到高纯硅,三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:,请回答下列问题: (1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式: 。 (2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学方程式: