鲁教版高一化学第四章知识点梳理：第一节第一课时

知识点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。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 + O2 SiO2

(4)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+2C Si+2CO ↑

制高纯硅： Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si+4HCl

(5)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。

典例1：下列有关硅的叙述中，正确的是

A.硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应。

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。

研析：A正确因为硅的化学性质稳定，常温下除了少数物质外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。B不正确氧元素在地壳中的含量居第一位。C不正确硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱等反应。D 正确硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域。答案：A、D

典例2：有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是

A.便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料 B.自然界的含硅化合物易开采

C.硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制 D.自然界中存在大量单质硅

研析：有些燃料，如氢气具有发热量大，无污染等优点，但从运输、储存角度就不如硅了，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的;另外，硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。但需注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。答案：D

知识点2 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 + H2 O

②二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2 + CaO CaSiO3

(2)特性

①SiO2不溶于水，也不与水反应。

②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O2+4HF = SiF4↑+2H2O

③二氧化硅中的硅为+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。]

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

CO2

SiO2

与碱性氧化物反应

CaO+CO2 CaCO3

CaO+SiO2 CaSiO3

与碱液的反应

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

与盐反应

Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓

Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO

SiO2+CaCO3 CaSiO3+ CO2↑

SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑

与碳反应

C+CO2=2CO

2C+SiO2 Si+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↑+H2O

5、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)水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。

(4)玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。

(5)SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。

6、光导纤维

光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。光导纤维是用石英玻璃制造的，制作时需要较高的技术，它传导光的能力非常强。如1000米长的单模光纤，重量只有27克，传送波长为1.55微米的激光时，每传播1000米，光能的损耗不到0.2分贝.若利用光缆通讯，能同时传输大量信息。光纤通信的优点有：

(1)信息容量大，一条光缆通路可同时容纳10亿人通话，也可同时传送多套电视节目。

(2)光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。

(3)光缆质量小而且细，不怕腐蚀，铺设方便。

(4)光纤通信损耗低，适合远距离信息传输。

另外，光导纤维在医学上也有很重要的应用。目前在医学领域，普遍使用着一种连接着许多光纤的胃镜，光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。在光导纤维的一头装着精致小巧的微型镜头，可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病变部位，用激光来切除病变部位。这种“手术”不用切开皮肤和切割肌肉组织，而且切割部位准确，手术效果好。

除此以外，光导纤维还可用于信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。

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