《硅 无机非金属材料》教案2

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1、《硅无机非金属材料》教案1半导体材料与单质硅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。最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。2．单质硅(1)存在：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分，硅在地壳中的含量居第二位。(2)物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。

2、晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高(1410℃)，是良好的半导体材料。(3)化学性质：①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑；Si+2F2＝SiF4；Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑。②在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si+O2SiO2(3)硅的制备由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的

3、方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑制高纯硅：Si＋2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si＋4HCl(4)硅的用途：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。【知识·链接】半导体材料的用途物质的电阻率介于导体和绝缘体之间(电阻率在10－3~108欧姆·厘米之间)时，为半导体。半导体材料可以制造出具有各种功能的半导体器件来取代真空管用来整流、检波、放大，并有缩小电子设备体积、减轻重量、延长寿命、耐冲击、效率高和可

4、靠性好等优点。用半导体材料制成的集成电路还可以将成千上万个分立的晶体管、电阻、电容等电子元件融为一体，使上述优点得到进一步发挥，广泛应用于通讯、电讯、电子计算机中。另外，超纯硅对红外光有很高的透过能力，可以用以制作红外聚焦透镜，对红外辐射目标进行夜间跟踪、照像、追击。利用半导体的导电能力随温度的升高或光线的照射而有显著的增大的特性，可以做成自动控制用的热敏元件(如热敏电阻等)和光敏元件。半导体材料是制作太阳能电池的主要材料．半导体材料还可制成激光二极管，用于激光通讯、测距和空间导航等方面。2二氧化硅与光导纤维1、二氧化硅的存在

5、二氧化硅广泛存在与自然界中，天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。2、二氧化硅的物理性质纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。3、二氧化硅的化学性质(1)二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性①二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O②二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3(2)特性①SiO2不溶于水，

6、也不与水反应。②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O③二氧化硅中的硅为＋4价，具有弱的氧化性，如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。思考：1．如何制取硅酸？2．保存氢氟酸、NaOH溶液时应该注意什么问题？提示：1．不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物——硅酸(H2SiO3)．制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO3+2HCl＝2NaCl+H2SiO3↓或Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+H2SiO3↓[硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比H2CO3还弱。]

7、2．氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，应保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。4、SiO2与CO2的比较CO2SiO2与碱性氧化物反应CaO＋CO2CaCO3CaO＋SiO2CaSiO3与碱液的反应2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O与盐反应Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClOSiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3Na2SiO3

8、＋CO2↑与碳反应C＋CO2＝2CO2C＋SiO2Si＋2CO↑与H2O作用CO2＋H2O＝H2CO3不与水化合与酸反应不反应只与HF反应SiO2＋4HF＝SiF4↑＋H2O5、二氧化硅的用途(1)石英可用于制作石英表和石英玻璃。(2)石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。(3)水