江苏省邳州市第二中学高中化学 专题三 硅　无机非金属材料课件 苏教版必修1.ppt

第一节硅无机非金属材料第1课时单质硅与半导体材料二氧化硅与光导纤维 学习目标1 了解硅 二氧化硅的主要性质及其在材料中的应用 2 掌握硅在半导体工业以及二氧化硅在通讯业方面的主要应用 3 通过学习硅 二氧化硅在生产 生活中的主要应用 学会研究材料的方法 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 课前自主学案 第1课时 课前自主学案 一 单质硅1 硅的存在在地壳里 硅的含量仅次于 全部以 态存在 主要存在形式为 和 2 硅的性质 1 物理性质 氧 化合 二氧化硅 硅酸盐 非金属 焦炭 粗硅 4 硅的用途用于制造 硅整流器和太阳能电池等 其合金用于制造 和 等 思考感悟1 具有金属光泽的物质是否一定是金属单质 提示 不一定 如晶体硅具有金属光泽 却是非金属单质 晶体管 集成电路 变压器铁芯 耐酸设备 二 二氧化硅和光导纤维1 二氧化硅的存在二氧化硅广泛存在于自然界中 是 的主要成分 透明的石英晶体又称 2 二氧化硅的物理性质 沙子 石英 水晶 3 二氧化硅的结构sio2晶体是由硅原子和氧原子按1 2的比例构成的 每个硅原子结合 个氧原子 每个氧原子结合 个硅原子 4 二氧化硅的化学性质 4 2 5 光导纤维 1 主要成分 2 用途 能量传输 信息处理等 思考感悟2 1 sio2不能和水反应生成h2sio3 为什么还说sio2是酸性氧化物 2 盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞 sio2 光纤通讯 提示 1 酸性氧化物的概念是指能和碱反应生成盐和水的氧化物 sio2 2naoh na2sio3 h2o 所以sio2是酸性氧化物 2 由于玻璃中的sio2跟碱液反应生成的na2sio3具有黏合性 会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开 1 下列关于硅的叙述中 错误的是 硅广泛存在于自然界中 天然单质硅叫水晶 单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间 晶体硅具有金属光泽 故它属于金属材料 能导电 含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性a b c d 解析 选c 硅元素在自然界中含量丰富 但都以化合态存在 水晶的主要成分是sio2 晶体硅具有金属光泽 但它属于非金属 导电性介于导体和绝缘体之间 是良好的半导体材料 3 光纤通讯是一种新型通信技术 目前长距离光纤通讯系统已经投入使用 光纤通讯的光导纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成 a 高级铝导体b 二氧化硅c 硅酸盐d 氧化铝解析 选b 工业上以石英玻璃 sio2 为主要原料制造光导纤维 课堂互动讲练 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 5 sio2是h2sio3的酸酐 但它不溶于水 不能直接将它与水反应来制取h2sio3 6 非金属氧化物的熔 沸点一般较低 但sio2的却很高 7 酸性氧化物一般不与酸反应 但sio2能跟氢氟酸反应 sio2 4hf sif4 2h2o 特别提醒 1 硅为非金属单质 但有一定的金属性 2 利用硅及其化合物的特殊性如硅与强碱溶液反应生成h2等作为解答实验设计或鉴别题的依据 3 sio2与碳酸盐在高温下反应 生成co2 是因为生成的co2是气体 可以脱离反应体系 并不能说明h2sio3的酸性比h2co3的酸性强 相反h2co3的酸性反而比硅酸的酸性强 如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物 其中b是一种单质 其余物质也都是含有b元素的化合物 c是一种钠盐 e是c对应的酸 b的结构类似金刚石 d为b的氧化物 其他不含b元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件均已被略去 请填写空白 1 a d e的化学式分别为 2 a和b的相互转化在工业上有什么实际意义 3 写出d c反应的化学方程式 4 写出e d反应的化学方程式 解析 本题的突破口是 b是一种单质 b的结构类似金刚石 据此 容易推断出b是晶体硅 硅与氯气在加热条件下生成sicl4 因此 a为sicl4 sicl4可以被氢气还原得纯净的硅 根据d为b的氧化物且d能转化成b si 可知d为sio2 由此可推知其他答案 规律方法 从物质推断来看 由于b是一种单质 大大缩小了范围 必要时经过简单的排查 容易推出b是晶体硅 a是sicl4 但整个框图右边却没有明显的突破口 必须对硅及其化合物的转化把握准确 到位才能顺利推断 另外 我们现在广泛使用的硅芯片等必须使用高纯硅 a和b的相互转化恰好能实现硅的提纯 有很大的现实意义 变式训练1 2011年泰安高一检测 如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案 则该刻蚀过程中所发生的主要化学反应为 a caco3 2hcl cacl2 h2o co2 b nahco3 hcl nacl h2o co2 c si 4hf sif4 2h2 d sio2 4hf sif4 2h2o解析 选d 玻璃中含有二氧化硅 能与氢氟酸反应生成四氟化硅 故答案为d 2011年北京海淀区高一检测 下列关于二氧化硅的叙述中 正确的是 双选 a 二氧化硅不溶于水 也不与水反应生成对应的酸b 二氧化硅是一种酸性氧化物 它不与任何酸发生反应c 二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠 产生co2 说明硅酸的酸性强于碳酸 这就是用较强的酸制较弱的酸d 二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 解析 二氧化硅在常温下为固体 熔 沸点高 硬度大 不溶于水及一般溶剂 而二氧化碳在常温下为气体 熔 沸点低 可溶于水形成碳酸 二氧化硅为酸性氧化物 因为二氧化硅可与碱溶液反应 生成盐和水 二氧化硅不能与一般的酸反应 但它可与氢氟酸反应 化学方程式为 sio2 4hf sif4 2h2o 答案 ad 易误警示 解答该类题时要注意以下两个易出错的问题 1 sio2既能与naoh溶液反应 又能与氢氟酸反应 但sio2不属于两性氧化物而属于酸性氧化物 2 sio2和co2的物理性质差别很大 是由于二者结构上的差别造成的 sio2是立体网状结构的晶体 不存在sio2分子 而co2是由碳 氧原子结合成的分子 微粒间的作用力远小于sio2 解析 1 该反应不是复分解反应 且sio2对应的酸是h2sio3属于弱酸 其酸性小于h2co3酸性 故不属于强酸制弱酸 该反应之所以能发生是由于在加热条件下能将挥发性的酸酐从其中代换出来 2 该反应是氧化还原反应 sio2做氧化剂 证明sio2有弱氧化性 3 玻璃中含有的sio2能与hf发生反应而使玻璃腐蚀 答案 1 b 2 c 3 a 探究整合应用 晶体硅的制备实验探究硅是一种比较活泼的非金属元素 能和96种稳定元素中的64种元素形成化合物 硅的主要用途取决于它是半导体 硅材料是当前最重要的半导体材料 由于当前信息工程的发展 硅主要用于微电子技术 有关单质硅的制备问题一直是各类考试的热点 晶体硅是一种重要的非金属材料 制备纯硅的主要步骤如下 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 粗硅与干燥hcl气体反应制得sihcl3 si 3hclsihcl3 h2 sihcl3与过量h2在1000 1100 下反应制得纯硅 已知sihcl3能与h2o强烈反应 在空气中易自燃 请回答下列问题 1 第 步制备粗硅的化学反应方程式为 2 粗硅与hcl反应完全后 经冷凝得到的sihcl3 沸点33 0 中含有少量sicl4 沸点57 6 和hcl 沸点 84 7 提纯sihcl3采用的方法为 3 用sihcl3与过量h2反应制备纯硅的装置如下图所示 热源及夹持装置略去 装置b中的试剂是 装置c中的烧瓶需要加热 其目的是 反应一段时间后 装置d中观察到的现象是 装置d不能采用普通玻璃管的原因是 装置d中发生反应的化学方程式为 为保证制备纯硅实验的成功 操作的关键是检查实验装置的气密性 控制好反应温度以及 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质 将试样用稀盐酸溶解 取上层清液后需再加入的试剂是 填写字母代号 a 碘水b 氯水c naoh溶液d kscn溶液e na2so3溶液 解析 1 在高温条件下 用c还原sio2生成co 2 分离 提纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏的方法 3 用zn 稀h2so4制得的h2会混有少量h2o 而sihcl3能与h2o剧烈反应 所以要进行干燥 根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸 c装置用水浴加热si