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硅单质的分类

硅单质的分类
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概论

第一章硅单质及化合物的性质

1.1 硅元素

硅元素原子序数14,在自然界有三种同位素分别为28Si,29Si,30Si,所占比例分别为92.23%,4.67%,3.10%,硅的原子量为28.025。硅元素在元素周期表第三周期IV A族,硅原子的价电子构型为3s23p2,价电子数目与价电子轨道数相等,被称为等电子原子,电负性为1.90,原子的共价半径为117pm,硅主要氧化数为+4和+2。硅在地壳中的丰度为25.90%,仅次于氧,硅的含量在所有元素中居第二位,硅在自然界主要以氧化物形式(如硅酸盐矿石和石英砂)存在,不存在单质。

1.2硅单质及其性质

1.2.1 硅的物理性质

硅晶体是原子晶体,是深灰色而带有金属光泽的晶体,它的熔点为1420℃,沸点为2355℃,莫氏硬度为6.5。硅晶体为脆性,密度为2.329g/cm3,比热为0.7J/(g.K)。硅晶体形成过程是硅原子中的价电子进行杂化,形成四个sp3杂化轨道,相邻硅原子的杂化轨道相互重叠,以共价键结合,形成硅晶体。在常压下硅晶体具有金刚石型结构。

硅单质是半导体,本征电阻率为2.3×105Ω·cm,介于导体与绝缘体之间。硅晶体的共价键 (如图1-1)中电子在正常情况下是束缚在成键两原子周围,它们不会参与导电。因此在绝对温度零度(T=0K)和无外界激发的条件下,硅晶体没有自由电子存在。

图1-1 硅晶体的共价键结构

但在通常情况下,有部分电子因获得动能而摆脱共价键的束缚,成为自由电子。而成键原子少了电子形成空穴(如图1-2)。其它价电子会移动来占据空穴,一个空穴消失,但又形成一个新空穴,由此出现空穴的移动。在半导体中自由电子和空穴均为可运动的导电电荷,又称为“载流子”。具有这样两种载流子是半导体不同于导体、绝缘体的特点之一。

图1-2 硅晶体中的自由电子和空穴

硅的电导率对外界因素(如光、热、磁等)高度敏感。

半导体按其是否含有杂质及杂质成分,分为本征半导体,杂质半导体。高纯硅是一种本征半导体,在常温下只有为数极少的电子—空穴对参与导电,部分自由电子遇到空穴会迅速恢复合成共价键电子结构,所以硅的本征电阻率比较大。但如果在高纯硅中掺入极微量的电活性杂质,其电阻率会显著下降,例如,向硅中掺入亿分之一的硼,其电阻率就降为原来的千分之一。掺入杂质不仅改变电导率,而且改变导电型号。如在硅中掺入磷、砷、锑等5价元素(又称施主杂质),它们的价电子多于价轨道,是多电子原子,在形成共价键之外,有多余的电子,位于共价键之外的电子受原子核的束缚力要比组成共价键的电子小得多,只要得到很少能量,就能成为自由电子。同时,该5价元素的原子成为带正电阳离子。该材料以电子为多数载流子,称之为N型半导体。N型半导体也有空穴,但数量少,称为少数载流子。如果在硅中掺入硼、镓、铝等3价元素(又称受主杂质),它们的价电子数目少于价轨道,是缺电子原子,在形成的共价键内出现空穴,位于共价键内的电子只需外界给很少能量,就会摆脱束缚过来填充,形成新的空穴。同时该3价元素的原子成为带负电的阴离子。该材料以空穴为多数载流子,称为P型半导体。P型半导体中也有自由电子,但数量很少,称为少数载流子。由此可见,不论是N型半导体还是P型半导体,虽然掺入杂质极低,它们的导电能力却比本征半导体大得多。

当P型半导体和N型半导体紧密接触在一起(如图1-3),在交界面上就会有自由电子和空穴的浓度差,空穴向N型半导体扩散,自由电子向P型半导体扩散,在交界面附近,空穴和自由电子复合,于是在交界面附近,P型半导体带负电,N型半导体带正电,形成一个称为势垒电场的内建电场,其方向从带正电的N区指向带负电荷的P区(如图1-4),电场的形成阻碍了自由电子和空穴的扩散,从而形成一个稳定的电场,这就是半导体的P-N

结。

图1-3 P区和N区紧密接触图1- 4 P-N节的形成

硅的光吸收处于红外波段。人们利用超纯硅对1~7μm红外光透过率高达90%~95%这一特点制作红外聚焦透镜。半导体硅材料是间接带隙材料,其发光效率极其低下,约为10-3左右,不能做激光器和发光管;它又没有线性电光效应,不能做调制器和开关。因此,一般认为硅材料不是光电子材料,不能应用在光电子领域[1]。

室温下硅无延展性,属脆性材料。但在温度高于700℃时的硅具有热塑性,在应力作用下会呈现塑性形变,其内部存在的位错才开始移动或攀移。而常温时,在外力作用下,单晶硅中很难产生位错和进行位错的移动。硅的抗拉应力远大于抗剪应力,在切割、研磨和机械抛光等承受剪切应力而易于产生破碎。同样硅片亦要经历不同的热处理过程,这必然会在硅片中产生热应力,使硅片产生翘曲,光刻图形套刻的精度下降;并加速位错滑移,产生各类结构缺陷,甚至使硅片破裂。而随着IC用硅片直径的不断增大,上述情况将更趋严重。同时,硅片背损伤吸杂亦在生产中经常使用,由此产生的后果是硅片本身就具有微裂纹,易于脆断或自然解理断裂,影响下一步加工处理。再者硅材料和器件的机械可靠性也是器件制造和使用中所关注的问题。微机械加工的硅器件可能会处于复杂的应力状态,从而使其断裂或性能失效[2]。

尽管半导体材料的(事实上是任何固体的)理论解理强度从未被达到过,但计算理论解理强度的一个相当简单的模型,为我们了解影响断裂韧性的材料参数提供了机会。半导体材料的所有断裂特性中,最为我们了解的就是解理面和解理方向了。这在很大程度上归因于解理是快速有效的从硅片上划分电路的方法。单晶硅的断裂一般是沿着其解理面的,通常的断裂面为{111}面,但由于单晶表面的起始裂纹不同,断裂形式也不尽相同。同一单晶制成的硅片,由于加工方式不同,表面损伤程度不同,断裂强度不同,一般而言,表面损伤越小,断裂强度越大。杂质原子的存在会影响到半导体材料的断裂行为。在一定的直径下,硅片越厚,则越不容易产生变形。这是因为硅片厚度越大,它所具有的热容量也越大,从而使硅片上所产生的温度梯度变小,温度分布更趋于均匀一致。显而易见,如果是一个很厚的单晶锭,要使它产生翘曲,是很不容易也几乎是不可能的。所以在工业上,为了防止硅片翘曲,有时候会采取增加硅片厚度的办法。但这种方法的缺点是会产生很大的浪费,使得相同长度的硅单晶锭所切的硅片数量大大减少,这对生产来讲是不可取的。但是,随着硅片直径的不断增加,在硅片的机械强度不能大幅度提高的情况下,为了防止翅曲,人们只能采用增加硅片厚度的方法。

1.2.2 硅的化学性质

硅单质在常温下化学性质十分稳定,但在高温下,硅几乎与所有物质发生化学反应。硅容易同氧、氮物质发生作用,硅材料的一个重要优点就是硅表面很容易氧化,形成结构高度稳定的二氧化硅氧化层。它可以在400℃与氧发生反应,在1000℃与氮进行反应: Si+O2=SiO2 (1.1) 3Si+2N2=Si3N4 (1.2)

硅在300℃与氯发生反应:

Si+2Cl2=SiCl4 (1.3)

在2273-2773K时硅能与碳反应:

Si+C=SiC (1.4) 硅在高温下能与金属反应生成硅化物如Mg2Si、CaSi2、NaSi、TiSi2、WSi2、MoSi2等。

在高温下硅单质能与氢化物反应,如在280℃与HCl反应:

Si+3HCl=SiHCl3+H2 (1.5) 在1673K与氨反应:

3Si+4NH3=Si3N4+6H2 (1.6) 在高温下硅能与一些氧化物反应,如在1400℃以上能与二氧化硅反应: Si+SiO2=2SiO (1.7) 在1000℃能与水蒸汽反应:

Si+2H2O=SiO2+2H2 (1.8) 在常温下硅对多数酸是稳定的,硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸及王水。但硅却很容易被HF-HNO3混合液所溶解。因而,通常使用此类混合酸作为硅的腐蚀液,反应式为: Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2O (1.9)

HNO3在反应中起氧化剂作用,没有氧化剂,HF就不易与硅发生反应。

在常温下硅能与稀碱溶液反应,硅和NaOH或KOH能直接作用生成相应的硅酸盐而溶于水中:

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ (1.10)

1.2.3 硅的分类及应用

硅根据其杂质含量分为粗硅和高纯硅。粗硅的纯度约为95%-99%,又称为冶金级硅,其中含有各种杂质,如Fe、C、B、P等。 主要用于铝硅合金(如作汽车发动机)。用来制备硅氧烷和有机硅化学品的也是这种规格。“冶金硅”的其它用途还包括炼钢、高温合金、铜合金和电接触材料,还是高纯硅的原料。高纯硅一般要求纯度达到小数点后面6个“9”至8个“9”的范围,一般用作半导体和太阳能电池。

根据高纯硅掺入杂质不同又分为P型硅半导体和N型硅半导体。

高纯硅根据晶型的不同又分为单晶硅、多晶硅和无定形硅。

高纯硅根据用途不同可分为电子级硅和太阳能级硅。硅含量为99.9999%(6个9)的为太阳能级硅(SG),主要用于太阳能电池芯片的生产制造。纯度在99.999999999%(11个9)的为电子级硅(EG),主要用于半导体芯片制造。

经过研究,人们发现,金属钽、钼、铌、钛、钒等即使在硅中含量极微,也会对电池的效率产生影响。但其它一些金属,即使含量超过1015cm-3,也不会对电池的转换效率产生明显影响,这就比对半导体级硅的要求放宽了100倍,因而人们可以尝试用成本较低的方法来制造太阳能电池级硅材料[3]。

表1-1 2001年国际上所使用的太阳极硅材料性能状况

<0.1 ppm(w) P < 0.3 ppm(w) B

<5 ppm(w) O

< 4 ppm(w) C

各<0.1 ppm(w) Fe, Al, Ca, Ti, 金属杂质

指标 杂质

表1-2 购买的用于生产多晶硅片最低级硅的电学指标

硅材料科学与技术的卓有成效的发展在20世纪世界材料科学领域中无可非议地占据了极为重要的地位。1948年发明的半导体晶体管,导致电子设备小型、轻量、节能、低成本,并提高设备可靠性及寿命;1958年出现的集成电路,使计算机及各种电子设备发生一次飞跃。进入20世纪90年代,集成电路的集成度进一步提高到微米、亚微米以及深亚微米水平。

下面简单介绍高纯硅的主要用途

①整流器 按容量分两类:大容量电力用整流器和小容量整流器。大容量的用于电气铁道、电化学及电冶金工业、机械制造工业,代替直流电源---直流发电机、水银整流器、硒整流器等。小容量整流器且用于电报接收机、收音机、通讯没备及其他电气仪器的直流电供电装置,用以代替硒整流器与真空管。

②二极管 晶体二极管即能整流又能检波。可分为点接触型和面结型晶体二极管。定电压二极管用电气测定仪器、电子计算机、载波装置及其他电子仪器中的定电压回路中。其它二极管,用于微波通讯装置、雷达及其它无线电设备等。

③三极管 有信号放大和开关作用。与二极管通常称为小功率器件。

④集成电路 这是将成千上万个分立的晶体管、电阻、电容等元件,采用掩蔽、光刻、扩散等工艺,把它们集成在一个或几个很小的硅晶片上集结成一个或几个完整的电路。微机的出现就是集成电路发展的结果,随着集成电路的不断发展,我们的微型计算机可以体积更小、速度更快、功能更强大。

⑤原子能方面应用 原子能电池与太阳能电池结构一样,可以把原子堆废料中放出的射线转变为电能。容量小,效率低,但寿命和效率在几年内不会降低。

⑥硅可以作成红外探测器,广泛用于照相机、人造卫星、火箭和红外强聚焦等设备上。 ⑦光电池 利用硅材料可以把光能转化成电能。尤其是把太阳能转化成电能,常用的

是光伏发电[4]。

高纯硅生产技术是不断发展的,早在1854年,法国化学家德维尔( Deville)就采用熔盐电解法制取了纯硅,而且是世界上第一次制取纯硅。人们首先利用各种酸对金属硅进行清洗,称为酸洗,可以去除一定量的杂质,提高金属硅的纯度;后来又利用硅和氯气反应,生成四氯化硅(SiCl 4)气体,对气体进行蒸馏等方法的提纯,再利用金属锌还原,得到相对纯度更高的硅材料,这也是现代提纯制备高纯硅的基本技术思路。1954年推出西门子法,淘汰了当时的四氯氢硅锌还原法。除此之外还有硅烷热解法。

1950年,提尔(Teal)和利特尔(Little)利用Czochralaki 晶体生长技术(又称直拉法或切氏法)成功地生长了直拉硅单晶,成为半导体硅材料的主要形式。1953年,利用区域熔炼(Float Zone)技术(又称区熔法)成功生长了区熔硅单晶。1954年,提尔(Teal)制备了第一只硅晶体管。此时,硅单晶含有大量的位错,使得硅器件的质量和稳定性都大受影响。直到1958年,达西(Dash)发明了缩颈技术,制备出无位错的硅单晶,使得硅单晶的质量大大提高[2]。

>25μs 少子寿命 >1Ω·cm ,p-型

电阻率

指标 性质

1.3 硅化合物及其性质

1、二氧化硅

二氧化硅是制造冶金硅的主要原料之一,SiO2的同质多晶变体很多,其中最常见的、在地球上分布最广的是低温石英,即β-石英,一般称为石英。而高温石英(α-石英)则少见,SiO2的高温变体(鳞石英、方石英等)在自然界少见,而多存在于人造硅酸盐制品中。石英是分布很广的矿物。在地壳中石英成分占百分之十二,仅次于长石。纯净的石英又称为水晶,它是一种坚硬、脆性、难溶的无色透明的固体。

石英为原子晶体,其中每个硅原子以SP3杂化形式同四个氧原子结合,形成SiO4四面体结构单元。SiO4四面体间通过共用顶角的氧原子而彼此相连,由此形成硅氧网格形式的二氧化硅晶体(如图1-5)。二氧化硅的最简式是SiO2,但SiO2不代表一个简单分子。

图1-5 SiO4四面体及SiO2的晶体结构示意图

石英砂即二氧化硅在高温下能与碳反应生成硅,其反应式为:

SiO2+3C=SiC+2CO (1.11)

2SiC+ SiO2=3Si+2CO (1.12)

这是制备冶金级硅的方法。在高温下,二氧化硅与焦炭反应,生成液相的硅沉入电弧炉底部,此时铁做催化剂可有效阻止碳化硅的形成。在电弧炉底部开孔可将液相硅收集,凝固后可得冶金级硅。

制备冶金硅的石英要求纯度较高(98.5%以上)和一定的粒度,所以适用的主要是脉石英和石英砂。脉石英是一种火成岩,它是由酸性岩浆分异后,发育于其他岩石的缝隙之中而形成矿脉的。它主要由SiO2结晶的集合体连生在一起而组成,具有平坦的或鳞纹状断口脉石英中有许多呈透明或乳白色,是制造硅的优良原料。我国的蕴藏量亦相当丰富。石英砂,包括河砂、海砂、湖砂等,是一种沉积砂矿。它是由含石英的矿石经自然力破碎、冲击而成,其中成分二氧化硅含量较高就可以作为冶炼硅的原料。石英砂的加工主要是水洗去掉粘土等杂质和进行筛分,一般不需进行破碎作业。所以,它的开采、加工成本较低,出矿价格只有脉石英加工砂的一半左右。我国广东省新会县就供应这种河砂。

二氧化硅能于HF反应,反应方程式为:

SiO2+4HF=SiF4(g)+2H2O (1.13)

二氧化硅是酸性氧化物,它是硅酸的酸酐,SiO2不溶于水,但能于热的浓碱溶液反应生成硅酸盐,反应较快。SiO2和熔融的碱反应更快。如:

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (1.14)

二氧化硅也可以与某些碱性氧化物或某些含氧盐发生反应生成相应的硅酸盐。如:

SiO2+2Na2CO3= Na2SiO3+CO2 (1.15)

二氧化硅除了石英外,还有其他的形态。如白碳黑是在特殊设计的炉子里在1370 K下用四氯化硅在氧气流经过气相氧化制得的。这种白烟状硅石聚集在旋转的冷滚筒上,被刮刀刮下,成为密度很小(64千克/立方米)轻似绒毛的粉末。白碳黑通常是极纯的(99.8%)的二氧化硅,电子显微镜鉴定表示有极小硅石颗粒的链、环,这些极小颗粒的直径大约是10纳米,并有150一500m3/g的有效面积。白碳黑就是利用它的这种非常细小颗粒和极大的表面积。白碳黑是硅氧烷橡胶里的主要增强填料,跟碳黑填料相比,它具有化学惰性不会与硫化而引入的过氧化物反应。

石英1600℃熔化成粘稠液体,其结构单元处于无规则状态,急剧冷却时,因不易结晶而形成石英玻璃。石英玻璃是无定形二氧化硅,原子排布是杂乱的。硅藻土和燧石也是无定形二氧化硅。

2、一氧化硅SiO

硅和二氧化硅的均匀混合物在低压下加热到1450 K以上,生成挥发性物质一氧化硅。但对一氧化硅的固态形式是否存在还有争论,实验资料表明一氧化硅在1470K以下是热力学不稳定比,它按等摩尔比生成硅石和硅歧化回来。

3、硅的卤化物SiX4

硅的卤化物都是无色的,常温下SiF4是气体,SiCl4和SiBr4是液体,SiI4是固体。硅的卤化物都是共价化合物,熔点、沸点都比较低,氟化物、氯化物的挥发性更大,易于用蒸馏的方法提纯它们,常被用作制备其它含硅化合物的原料,

SiF4是无色而有刺激性气味的气体,由于它在水中强烈水解,因而在潮湿的空气中会

发烟,无水的SiF4很稳定。通常制备SiF4是用萤石粉和石英砂的混合物与浓硫酸加热,反应式如下:

CaF2+H2SO4=CaSO4+2HF (1.16)

SiO2+4HF=SiF4+2H2O (1.17)

常温下,SiCl4是无色而有刺鼻气味的液体。分子量169.90,蒸汽压 55.99kPa(37.8℃)。熔点-70℃,沸点57.6℃。可混溶于苯、氯仿、石油醚等多数有机溶剂。在相对密度为(水=1)1.48,298.15K时液体标准摩尔生成焓-687.0KJ·mol-1,标准摩尔生成吉布斯自由能-619.83 KJ·mol-1,标准摩尔熵240 J·mol-1·K-1。在沸点时的蒸发热为29.09 KJ·mol-1。SiCl4易水解,因而在潮湿空气中与水蒸气发生水解作用会产生烟雾,其反应方程式:

SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl (1.18)可以吸入、食入、经皮吸收,对眼睛及上呼吸道有强烈刺激作用。高浓度可引起角膜混浊,呼吸道炎症,甚至肺水肿。皮肤接触后可引起组织坏死。

在氯气气流内加热硅(或SiO2和焦碳的混合物)可生成SiCl4,反应式如下:

Si+2Cl2=SiCl4 (1.19)

SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO (1.20)

SiBr4和SiI4在水中也易水解。

4、三氯氢硅

三氯氢硅是无色透明液体,熔点-128℃,沸点31.5℃。在沸点时的蒸发热为26.58 KJ·mol-1。

三氯氢硅由硅粉与氯化氢合成而得。化学方程式为:

Si+3HCl=SiHCl3+H2 (1.21)

上述反应要加热到所需温度才能进行,反应是放热反应。反应除了生成三氯氢硅外,还有四氯化硅或SiH2Cl2等氯硅烷以及其他杂质氯化物。也可以在高温高压下用氢还原四氯化硅生成三氯氢硅:SiCl4+H2→SiHCl3+HCl。但该反应的一次转化率低。

三氯氢硅能在1100-1200℃被氢还原为单质硅,其反应方程式为:

SiHCl3+H2=Si+3HCl (1.22)

5、硅烷

硅和碳一样能和氢生成一系列氢化物,但硅与氢不能生成与烯烃、炔烃类似的不饱和化合物,所以硅的氢化物又称为硅烷。硅烷的通式可以写作Si n H2n+2,硅烷的结构与烷烃相似。迄今为止,已制得的硅烷也只有二十几种。

最重要和最简单的硅烷是甲硅烷。由于硅和氢不能直接作用生成甲硅烷,我们只能用间接法制备。常用的方法是用稀酸和硅化镁作用:

Mg2Si+H+→2Mg2++SiH4 (1.23)

在所得产物中有不到一半的甲硅烷,其余为高级硅烷和氢气。也可以用LiAlH4还原SiCl4来制得:

SiCl4+ LiAlH4→ SiH4+LiCl+AlCl3 (1.24)

80年代美国联合碳化物公司成功采用催化剂,使氯硅烷产生歧化反应生成甲硅烷: 3SiH2Cl2→2SiHCl3+SiH4 (1.25)

该法大大降低了甲硅烷的制备成本,已进行大规模生产。

甲硅烷是无色、无臭的气体。熔点-185℃,沸点-111.8℃。硅烷都是共价型化合物,

能溶于有机溶剂。

甲硅烷比甲烷的化学性质更活泼。甲烷在常温下不会与氧气反应,而甲硅烷在空气中能自燃生成二氧化硅和水:

SiH 4+2O 2→SiO 2+2H 2O (1.26)

甲硅烷有强的还原性,可将高锰酸钾还原成二氧化锰:

SiH 4+2KMnO 4→2MnO 2+K 2SiO 3+H 2O+H 2 (1.27)

甲硅烷对碱十分敏感,溶液有微量的碱便可以引起甲硅烷迅速水解,生成硅酸和氢:

SiH 4+(n+2)H 2O ??

→?碱催化SiO 2·nH 2O+4H 2 (1.28) 甲硅烷的热稳定性差,在高温下会分解为硅和氢:

SiH 4(g)??→?K

800 Si(s)+2H 2(g);△rH Θ

m =-34.3kJ·mol -1 (1.29) 甲硅烷的标准摩尔生成焓为正值,反应是放热的。SiH4被大量地用于制高纯硅。硅的纯度越高,大规模集成电路的性能就越好。

1.4太阳能级硅材料发展现状

1、太阳能级硅材料发展国内外现状

硅材料是理想的太阳能光电转换材料,其太阳电池的理想光电转换效率超过30%。因此,硅材料不仅在电子工业广泛应用,而且在太阳电池领域也大量应用。到目前为止,太阳能光电工业基本是建立在硅材料的基础上,世界上的绝大部分太阳能光电器件是用硅材料制造的,约占国际太阳电池材料市场99%以上。

以硅材料作为基体的太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池等。单晶硅太阳能电池的转换率高,单晶硅电池实验室效率达20%,批量生产效率为16%,硅系列太阳能电池中,单晶硅大阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅成本价格居高不下,要想大幅度降低其成本是非常困难的。多晶硅太阳能电池的转换率比单晶硅低,多晶硅电池转化效率为14-16%,而且多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池制造工艺相差不多,性能质量目前稍较单晶硅低,但制作技术和成本较单晶硅低。非晶硅太阳能电池效率为5%~8%左右,其光电效率会随着光照时间的延续而衰减,即所谓的光致衰退S 一W 效应,使得电池性能不稳定。 1998年世界太阳能电池产量超过151.7MW,多晶硅电池产量首次超过单晶硅。2002年光伏发电电池及组件产量达559.2MW,其中单晶硅太阳能电池占36.4%,多晶硅太阳能电池占51.6%,非晶硅电池占6.4%。

2006年多晶硅太阳能硅片的销售量约110兆瓦,而太阳能单晶硅片的销售量280兆瓦多,明显多于多晶硅硅片的销售量,这个情况是跟国际市场的情况恰好反过来,国际市场是多晶硅硅片几乎是单晶硅硅片的2倍,而国内市场单晶硅硅片几乎是多晶硅硅片的2.7倍,出现这种情况的原因主要是国内从事单晶硅硅片的企业远多于多晶硅硅片,而且单晶硅拉晶炉国产设备成熟,容易上线生产,而多晶硅铸锭炉必须进口,价格昂贵。

单晶硅的生产原料是多晶硅,多晶硅的发展就能体现太阳能级硅材料的发展。多晶硅是全球电子工业及光伏产业的基石,截止2006年12月,100%的半导体芯片及95%的太阳能电池芯片是硅(含单晶硅及多晶硅)制造的。2005年,在全球范围内多晶硅产量中,电子级占接近60%,太阳能级占40%多,2006年两者用量接近。随着太阳能光伏产业的迅猛发展,

太阳能电池芯片对多晶硅需求量的增长速度远高于半导体多晶硅的发展(太阳能递增速度在2位数以上,半导体芯片为5%左右),不久的将来太阳能多晶硅的需求量将大幅度超过电子级多晶硅用量。当前,晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。2006年全球太阳能多晶硅总产量为2.1万吨,而全球市场需求量约为2.8万吨,市场缺口大约7000吨。多晶硅的缺乏导致其价格直线上涨,2000年每公斤太阳能级多晶硅售价为9美元;到2006年4月,每公斤太阳能级多晶硅的售价已飙升至60美元。在世界范围内,太阳能级多晶硅生产与供应已严重制约太阳能电池的发展。

用来制造太阳能电池的主要原料是多晶硅,2007年中国能够提供多晶硅产品的厂家总共只有4家,除国内3家老牌多晶硅企业——峨嵋半导体材料厂、洛阳中硅、四川新光硅业之外,就是江苏徐州中能光伏于2007年9月实现了投产。实际上,2007年这4家投产企业年实际生产量尚不足1000吨,而这1000吨的多晶硅仅仅只够80兆瓦太阳能电池的生产需求。按每生产1MW太阳能电池需要消耗13吨多晶硅计算,2007年,国内太阳能电池生产厂商共消耗多晶硅15340吨多晶硅,这就表明仅2007年一年,中国多晶硅的生产缺口就达14340吨,而这一部分就完全依赖于进口。

一方面,国内虽然拥有极为丰富的硅矿资源,但企业仅普遍采用电弧法用炭还原制取低纯度的工业硅(纯度为98%~99%),然后作为工业原料常常以1美元/公斤的极其低廉的价格卖到国外,工业技术极为简单,却需要消耗大量的电力资源,同时还会带来极为严重的环境污染。据不完全统计,国内具有年产工业级硅90万~120万吨的能力。

另一方面国内绝大部分光伏企业进口多晶硅时,却没有与国际大厂进行谈判的能力,只能在国际自由市场进行采购,而经过国外企业将以工业硅为原料提纯后所得的多晶硅价格却早以身价百倍,目前已经上涨至约300美元/公斤,部分高纯度多晶硅甚至达到500美元/公斤的天价,且还常常“有价无货”。

从2007年开始,投资太阳能领域的上市公司,99%的将目光瞄向了多晶硅制造,根据统计资料显示,截至2008年2月共有8家上市公司投资多晶硅项目,累计投资资金达54.39亿元,其中自筹资金占到了85%以上。据了解,2007年有25家上市公司针对煤化工、风能和太阳能等新能源领域的投资,合计金额达到了156.70亿元,而多晶硅项目就包揽了投资额的三分之一。

目前全国有16个省仅多晶硅项目就有33个项目在建或是准备动工,如果这些项目都能按期完工且完全释放产能,中国的多晶硅产量将达到14万吨,但是目前预测的全球2010年多晶硅需求也只不过8万吨左右。

同国际先进水平相比,目前国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在以下六个方面:首先,多晶硅技术和市场仍牢牢掌握在美、日、德国的少数几个生产厂商中,供需矛盾尖锐,严重制约了我国相关产业发展。但是,近年来有较大的突破,国内企业掌握了生产太阳能级硅的生产技术。其次,生产规模小。现在公认的最小经济规模为1000吨/年,最佳经济规模在2500吨/年,在国内太阳能级硅的生产规模上有很多厂家超过1000吨/年,赛维多晶硅的产能将达到世界第一。第三,工艺设备落后,同类产品物料和电力消耗过大,三废问题多,与国际水平相比,国内多晶硅生产物耗能耗高出1倍以上,产品成本缺乏竞争力。如目前,美国Hemlock、日本三菱公司的还原炉为50对棒,加压操作,单炉产量可达到5t。中国最大的还原炉是洛阳中硅的12对棒还原炉,常压操作,单炉产量1.3t,每生产1kg高纯硅所消耗工业硅为1.8kg、氢气消耗约1.8m3、电耗约300度,成本约40美元以上,与国外一般水平相比,分别高出约50%、80%、70%和60%。第四,千吨级工艺和设备技术的可靠性、先进性、成熟性以及各子系统的相互匹配性都有待生产运行验证,并需要进一步完善和改进。第五,国内多晶硅生产企业技术创新能力不强,基础研究资金投入太少,尤

其是非标设备的研发制造能力差。第六,地方政府和企业项目投资多晶硅项目,存在低水平重复建设的隐忧。

目前多晶硅生产主要在国外,光伏产业链最上游是7家太阳能多晶硅厂商:Hemlock、Wacker、Tokuyama、REC、MEMC、Misubishi和Sumitomo,他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断,全球7大多晶硅企业的总产量占到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。由于技术门槛较高,几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领域,而且产能也远不是全球7巨头的对手。

2、太阳能级硅材料发展前景

今后光伏产业将迅猛增长,对多晶硅的需求将超过电子工业。光伏产业是拉动多晶硅生产的主要动力。

化石资源日渐匮乏、原油价格持续上涨促进行业快速增长。根据“哈伯特峰值”理论,石油开采接近全球产量储备一半后产量将逐年下降,替代能源开发成为趋势;油价高引发各政府对可再生能源的重视,采用补贴方式致使近年光伏行业发展复合增长率高达45%以上。

光伏市场未来5年复合增长率至少超过30%。EPIA根据现有各国政策驱动,预计未来5年之内复合增长率超过30%,至2010年,年装机量达到6.7GWp,为2007年的2.39倍;另一家权威机构SolarBuzz相对乐观,预计至2010年,年装机量将达到12GWp,是2007年的4.28倍。在光伏发电成本持续降低以及常规能源价格不断上涨情况之下,行业维持快速增长值得期待。

国家发展和改革委员会能源局副处长周篁指出,据国务院发布的可再生能源中长期发展规划显示,预计2020年,中国太阳能电池装机容量将达到1800MW。

按照生产1兆瓦太阳能电池需要11吨多晶硅料来计算,2010年需要6万吨多晶硅来满足光伏产业的需要。

伴随着太阳能电池用硅量的增加,多晶硅的供应由过剩转为短缺,但长远看有望逐步达到平衡。2008年-2010年,全球多晶硅产量预计可分别达到5.1万吨、8.0万吨、12.5万吨,其中,太阳能级多晶硅分别约为2.7万吨、5.4万吨、9.7万吨。未来三年,太阳能级多晶硅需求预计分别约为4.2万吨、6.0万吨、8.3万吨。从供需形势的变化看,2009年初多晶硅价格将开始下降,2010年底多晶硅将出现供大于求格局,价格将回到合理区域。

在多晶硅价格持续高涨的态势下,非晶硅薄膜太阳能电池正迎来历史性的发展机遇。国际上非晶硅电池产能迅速扩充,预计到2009年非晶硅全球产能将达1000MW。2008-2013年间,非晶硅和晶体硅电池将呈现齐头并进的格局。但从长期来看,晶体硅太阳能电池仍将是主流,而非晶硅薄膜太阳能电池市场份额有望达到20%。

金属硅

金属硅 “金属硅”(我国也称工业硅)是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体行业的兴起有关。目前,国际通用作法是把商品硅分成金属硅和半导体硅。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年来,含Si量99.99%的也名手在金属硅内),其余杂质为铁、铝、钙等。半导体硅用于制作半导体器件的高纯度金属硅。是以多晶、单晶形态出售,前者价廉,后者价昂。因其用途不同而划分为多种规格。据统计,1985年全世界共消耗金属硅约50万吨,其中用于铝合金的金属硅约占60%,用于有机硅的不足30%,用于半导体的约占3%,其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。 硅的性质 硅是半金属之一,旧称“矽”。熔点为1412℃,密度为2.34克/厘米3。质硬而脆。在常温下不溶于酸,易溶于碱。金属硅的性质与锗、铅、锡相近,具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富,仅次于氧,占地壳总重的四分之一还强,以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体:一种为暗棕色无定形粉末,性质活泼,在空气中能燃烧;另一种为性质稳定的晶体(晶态硅)。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材,优质的石英用于制作合金、金属和单晶。 硅的用途 硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素,在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元,绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料,超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池,比用锗单晶制成的好。近年来非晶硅太阳能电池研究进展很快,转换率达到了8%以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃,具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅,可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外,碳化硅可作磨料,高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。八十年代的纸张——硅人们称硅为“八十年代的纸张”。这是因为纸张只能记录信息,而硅不仅能记载信息,还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机,装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容,整个机器重30吨,占地170平方米,相当于10间房子大小。而今天的电子计算机,由于技术的进步和材质的改善,在一个指甲盖大小的硅片上,可以容纳上万个晶体管;并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点,可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热

第1课时 碳、硅及其重要化合物

课时1 碳、硅及其重要化合物 一、选择题 1.下列关于C、Si两种非金属元素的说法中,正确的是() A.两者结合形成的化合物是共价化合物 B.在自然界中都能以游离态存在 C.氢化物的热稳定性比较:CH4<SiH4 D.最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸 解析C、Si都是非金属元素,结合形成的化合物是共价化合物,A正确; Si元素为亲氧元素,不能以游离态存在,故B错;非金属性C>Si,故氢化物的热稳定性SiH4<CH4,故C错;SiO2既不溶于水,也不和水反应,故D 错。 答案 A 2.(2017·安徽合肥高三一次质检,2)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。 下列说法正确的是() A.陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐 B.水玻璃是纯净物,可用于生产黏合剂和防火剂 C.某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8,可用K2O·Al2O3·6SiO2表示 D.高纯硅可用于制造光导纤维,高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池 解析水晶的主要成分为SiO2,其不属于硅酸盐,A项错误;水玻璃是Na2SiO3的水溶液,属于混合物,B项错误;用于制造光导纤维的是二氧化硅,用于制造太阳能电池的是高纯硅,D项错误。 答案 C 3.下列物质性质与用途对应关系正确的是() 性质用途 A硅酸钠化学性质稳定制备木材防火剂

B 硅酸溶胶具有 吸附水分的能力 硅作半导体的材料 C二氧化硅硬度大、熔点高氢氟酸在玻璃上刻花纹 D焦炭具有可燃性焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅 与氢氟酸和玻璃反应无关,C错误;焦炭具有可燃性,与焦炭还原二氧化硅无关,D错误。 答案 A 4.(2016·南通二调)我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。下列做法与上述理念相违背的是() A.大力发展煤的气化及液化技术 B.加快石油等化石燃料的开采和使用 C.以CO2为原料生产可降解塑料 D.将秸秆进行加工转化为乙醇燃料 解析煤的气化和液化是通过化学变化将煤转化为气体和液体燃料的先进洁净煤技术,可以减少污染物的排放,A项正确;石油等化石燃料为不可再生能源,加快化石燃料的开采和使用,会破坏环境,加重环境污染,B项错误; 可降解塑料不会造成“白色污染”,C项正确;将秸秆转化为乙醇燃料,可以减少PM2.5的产生,D项正确。 答案 B 5.(2017·吉林大学附中月考)下列有关说法错误的是() A.氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中 B.玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐

单质硅和二氧化硅

单质硅和二氧化硅 【学习目标】 了解硅、二氧化硅的物理性质,掌握其化学性质。 【课前预习案】 一、单质硅与半导体材料 1.无机非金属材料包括、、等。传统无机非金属材料是以为主要成分,主要包括、、。 2.半导体材料特指导电能力介于和之间的一类材料。最早使用的半导体材料是,该材料的化学性质在常温下稳定;现在广泛使用的半导体材料是 3.单质硅: (1)存在和含量:在地壳中,含量居第二位(O、Si、Al、Fe),只有化合态,是构成矿物和岩石的主要成分。有和两种同素异形体。 (2)物理性质:晶体硅是色、有、的固体。单质硅的导电性介于和之间。 (3)化学性质: 常温下,化学性质不活泼,不易与H2、O2、Cl2、H2SO4、HNO3等物质反应,但能与F2、HF、NaOH反应,方程式为:Si+2F2=SiF4; 4HF+Si= SiF4↑+2H2↑; Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 加热时,能与O2、Cl2、H2、C等非金属反应 Si+O2=== (4)硅的制取:工业制粗硅:化学方程式: 在该反应中,氧化剂是,还原剂。 粗硅的提纯:在高温下让粗硅(Si)与氯气(Cl2)反应,其产物在高温下被氢气(H2)还原而得到较纯的硅,反应方程式为、 (5)硅的用途 硅的用途非常广泛,不但可用于制造、,还用于制造和等,此外,的用途也很广。 二、二氧化硅与光导材料 1.存在:广泛存在于自然界中,、的主要成分就是二氧化硅。 2.物理性质:二氧化硅是由和构成的,硬度,熔、沸 点,难溶于水的固体。 3.化学性质:(1)酸性氧化物: 不溶于水,也不与水反应,可以与NaOH、CaO反应,方程式分别 为:、 (2)常温可与氢氟酸反应(特性) 方程式为,此反应工业上常用来 4.二氧化硅的用途广泛,常被用来制造石英表中的材料和高性能的现代通讯材料。 【探究案】 1、实验室试剂的正确保存非常重要。实验室可用广口瓶贮存固体试剂,细口瓶存放液体试剂,但是有些试剂必须贮存在具橡胶塞的玻璃试剂瓶中。以下物质必须贮存在具有橡

硅及其化合物性质的“反常”

华夏学校 高一化学知识小卡片(03) _____班姓名_________ 知识点:硅及其化合物性质的“反常”(一) 1、硅的还原性比碳强,而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅:SiO2+__C ____________。当C过量,该反应生成SiC,化学方程式为:_________________________,其中氧化剂与还原剂的质量比为:________。 2、非金属单质一般不与非氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有H2生成。Si+__HF=______________; 3、非金属单质与碱液反应一般不放出氢气,而硅却能与强碱反应生成H2,化学方程式为:Si+__NaOH+__H2O=______________________; 4、非金属单质—般为非导体,但硅为__________; 5、虽然SiO2是硅酸的酸酐,但不能用SiO2与水反应制备硅酸,只能用可溶性硅酸盐和酸作用来制备。 Na2SiO3+__HCl=____________________; 6、非金属氧化物一般是分子晶体,而SiO2却是__________,一个Si原予跟____个O原子成键,一个O原子跟____个Si原子成键,30g SiO2中含Si-O键______mol。 知识点:硅及其化合物性质的“反常”(二): 7、酸性氧化物一般不与酸反应(除氧化还原反应外),而SiO2却能与HF反应;SiO2+__HF =_______________ 8、无机酸一般易溶于水,而原硅酸和硅酸却____溶于水; 9、因H2CO3的酸性大于H2SiO3的酸性,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应: Na2SiO3+CO2+2H2O=__________________________; 但在高温下Na2CO3+SiO2 ___________也能发生。 10、Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,但它与玻璃的成分大不相同。硅酸钠也叫泡花碱,但它是盐不是碱。 普通玻璃成分是:_________、_________、_________,钢化玻璃的成分和普通玻璃成分______(填“相同”或“不同”),石英玻璃与玻璃成分却不同,水晶玻璃的成分是_________。 11、通常所说的某酸盐为一种 ..酸根的盐,而硅酸盐却是多种硅酸的盐的总称。大多数硅酸盐可以写成氧化物的形式:例如 硅酸钠Na2SiO3;_________ 镁橄榄石Mg2SiO4:_________

半导体材料硅的基本性质

半导体材料硅的基本性质 一.半导体材料 1.1 固体材料按其导电性能可分为三类:绝缘体、半导体及导体,它们典型的电阻率如下: 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 1.2 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体,它们的定义如下: 元素半导体:由一种材料形成的半导体物质,如硅和锗。 化合物半导体:由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 1.3 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体,它们的定义分别为: 本征半导体:当半导体中无杂质掺入时,此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体:当半导体被掺入杂质时,本征半导体就成为非本征半导体。 1.4 掺入本征半导体中的杂质,按释放载流子的类型分为施主与受主,它们的定义分别为: 施主:当杂质掺入半导体中时,若能释放一个电子,这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主:当杂质掺入半导体中时,若能接受一个电子,就会相应地产生一个空穴,这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。

图1.1 (a)带有施主(砷)的n型硅 (b)带有受主(硼)的型硅 1.5 掺入施主的半导体称为N型半导体,如掺磷的硅。 由于施主释放电子,因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子(简称多子),而空穴为少数导电载流子(简称少子)。如图1.1所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体,如掺硼的硅。 由于受主接受电子,因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子(简称多子),而电子为少数导电载流子(简称少子)。如图1.1所示。 二.硅的基本性质 1.1 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体,是电子工业的基础材料,其物理化学性质(300K)如表1所示。

硅及其二氧化硅

硅及二氧化硅教学设计 硅及其二氧化硅在自然界及地壳中存在广泛,是人类生产生活中重要的物质组成材料,从传统的瓷器到现代的芯片,从珍贵的水晶到普通的玻璃水泥,都含有硅元素。人教版必修一的章节中,重点介绍了单质硅、二氧化硅及常见的硅酸盐等物质。根据新课程标准,特设计以下教学设计。 一、学情分析 学生在学习金属元素的基础上(钠、铝、铁),开始接触并学习非金属元素。对于硅这种元素,学生相对比较陌生。为了让学生从宏观到微观,再从微观到宏观全面系统的认识桂硅元素及其化合物,笔者采用实例教学法。 二、教学与评价目标 1.教学目标 【知识与技能】掌握硅晶体及二氧化硅的结构、用途及理化性质 【过程与方法】 通过学生对硅及二氧化硅结构的认识,能够对物质从宏观上进行辨识和微观上进行探析。 【情感态度与价值观】根据硅及其二氧化硅的性质,能从硅及其二氧化硅的组成和结构来解释一定的宏观现象及反应类型。 2. 评价目标 (1)通过对硅及其二氧化硅性质的描述,诊断并发展学生从微观和宏观两个方面对硅及其二氧化硅性质的认识。 (2)通过对硅及其二氧化硅结构用途的描述,诊断并发展学生认识硅及其二氧化硅对人类生活的重要性。 三、教学与评价思路 四、教学流程 Ⅰ宏观现象 准备手机芯片、电脑芯片、水晶、玻璃、沙子、光缆,让学生认识这些物质并探究组成。 Ⅱ微观本质 化学思维 总结上述物质的组成元素,引出硅单质及二氧化硅,并让学生阅读课本,思考硅及其二氧化硅的结构、性质及用途 Ⅲ问题解决 化学科学价值观 1.硅及二氧化硅的结构。 2.硅及二氧化硅的性质。 3.硅及二氧化硅的用途。

【学习任务1】通过沙子、芯片、玻璃、水晶、光缆等物质,总结构成这些物质的元素; 【评价任务1】诊断并发展学生化学知识的探究水平(定性水平); 学习任务1教学流程图 【学习任务2】学习并探究二氧化硅的结构 【评价任务2】诊断并发展学生对二氧化硅结构的认识,诊断并发展学生对分子式与化学式概念的理解。 学习任务2教学流程图 【学习任务3】硅及其二氧化硅的理化性质 【评价任务3】诊断并发展学生对硅及其二氧化硅性质的掌握 真实情景素材 引发探究 宏观辨识与微观探析 提问:这些物质的组成元素有哪些? 展示实物 提问:硅及其二氧化硅的用途? 学生及教师总结:硅及其二氧化硅的分 布及用途 二氧化硅的结构模型 水的结构模型、二氧化碳的结构模型 总结上述物质结构模型的异同,并思考化学式与分子式的区别 总结化学式与分子式的区别,并熟练掌握二氧化硅的结构 发现问题 找出核心 解决问题 宏观辨识 微观探析

2017高中化学知识点:硅及其化合物的性质与应用

2017高中化学知识点:硅及其化合物的性质与应用 2017高中化学知识点:硅及其化合物的性质与应用 一、硅及其化合物的性质 1.碳族元素的主要化合价是“+2”、“+4”价,而硅通常表现为“+4”价。 2.非金属单质一般为非导体,但硅却为半导体。 3.在通常情况下,硅的化学性质不活泼,但在自然界里却没有单质硅存在。 4.非金属氧化物一般为分子晶体,而SiO2却为原子晶体。 5.非金属单质一般不与非氧化性酸反应,而硅却能够与氢氟酸反应,且有氢气生成。 Si+4HF===SiF4↑+2H2↑ 6.非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气,但硅与强碱溶液反应却生成氢气。 Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑ 7.硅的还原性比碳强,但碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。这是因为在高温时,非水体系的反应有利于有气体生成的方向进行。2C+SiO2Si+2CO↑。 8.SiO2不溶于水,但其是硅酸的酸酐,因此硅酸不能用SiO2直接与水反应制得,只能采用可溶性硅酸盐与酸作用生成,如Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。 9.CO2属于分子晶体,通常状况下是气体,但SiO2却是立体网状结构

的原子晶体,因此二者的物理性质相差很大。 10.酸性氧化物一般不与酸反应,但二氧化硅却能与氢氟酸反应,生成四氟化硅和水。SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,雕花玻璃就是利于该反应原理在玻璃上进行蚀刻制得的。 11.无机酸一般易溶于水,而硅酸和原硅酸却难溶于水。 12.在水溶液中,碳酸的酸性比硅酸强,因此二氧化碳能与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。 CO2+Na2SiO3+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓,但在高温下碳酸钠与二氧化硅却能反应生成硅酸钠和二氧化碳, SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,其原因是在高温条件下生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。 13.硅酸钠的水溶液俗称泡花碱或水玻璃,但它与玻璃的成分不同,其本身是盐溶液,不是碱溶液。 二、硅及其化合物的应用 【例题1】硅是带来人类文明的重要元素之一,它伴随着人类历史发展的脚步,在从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A.自然界中存在硅晶体,它是电子工业中重要的半导体材料 B.砖瓦、水泥、、有机玻璃都是硅酸盐产品 C.制造普通玻璃的主要原料是黏土和石灰石 D.二氧化硅可制成光导纤维,也可制成光学镜片

金属硅的牌号和用途

金属硅的牌号和用途 金属硅又称结晶硅或工业硅,制取高纯度的半导体材料以及金属硅品位达到99.999(5N)的纯度,是工业提纯的单质硅,主要用于生产有机硅应用于3C产业,制取高纯度的半导体材料外还能做配制有特殊用途的合金等多方面使用主要用作非铁基合金的添加剂。硅是非金属元素,兰灰色,有金属色泽,性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%,原子量为28.80,密度为2.33g/m3 .熔点为1410?,沸点为2355?。电阻率2140Ωm.其最常使用的牌号金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的含量,可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。 SiMETAL : SPECIFICATION : 2202# SI : 99% MIN. FE : 0.2% MAX. AL : 0.2% MAX. CA : 0.02% MAX. 3303# SI : 99% MIN. FE : 0.3% MAX. AL : 0.3% MAX. CA : 0.03% MAX. 441# SI : 99% MIN.

FE : 0.4% MAX. AL : 0.4% MAX. CA : 0.1% MAX. 553# SI : 99% MIN. FE : 0.5% MAX. AL : 0.5% MAX. CA : 0.3% MAX. 411# SI : 99% MIN. FE : 0.4% MAX. AL : 0.1% MAX. CA : 0.1% MAX. 421# SI : 99% MIN. FE : 0.4% MAX. AL : 0.2% MAX. CA : 0.1% MAX. 规格说明 Specification Si(Min)% Fe(Max)% Al(Max)% Ca(Max)% Si-2202 99.5 0.2 0.2 0.02 Si-2503 99.5 0.25 -- 0.03 Si-3303 99.3 0.3 0.3 0.03 SI-331 99.3 0.3 0.3 0.1

硅及其化合物教案

无机非金属材料的主角──硅教学设计(1) 教学目标: 【知识与技能】 1.了解硅元素在自然界中的存在形式; 2.知道二氧化硅的性质; 3.了解硅酸的性质及制法,了解硅酸钠的性质; 4.知道硅、二氧化硅的在信息技术、材料科学等领域的应用。 【过程与方法】 1.帮助学生学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性,促进学生对新旧知识进行归纳比较能力的发展。 2.通过硅及其化合物等内容体现从物质的结构猜测物质的性质,推出物质的用途的思维过程,建构“结构——性质——用途”学习的共同模式,。 3.本节多数内容属于了解层次,部分段落阅读自学,提高的阅读能力、收集资料能力、自学能力和语言表达能力。 【情感态度与价值观】 1.用硅给现代人类文明进程所带来的重大影响(从传统材料到信息材料),为学生构架一座从书本知识到现代科技知识和生活实际的桥梁。开阔学生眼界,提高科技文化素养,理解更多的现代相关科学理论与技术; 2.促进学生逐渐形成正确的科学社会观,学生认识到“科学技术是第一生产力”,关心环境,资源再生及研究、探索、发现新材料等与现代社会有关的化学问题,提高学生社会责任感。【教学重点】二氧化硅的主要化学性质。 【教学难点】二氧化硅晶体结构 【教学过程】 [导课]问题: [问题]:请简要阅读课文后回答课文标题中“无机非金属材料的主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么?(学生回答:硅含量仅次于氧,硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分) [板书]第四章非金属元素及其化合物 [板书]§4-1无机非金属材料的主角-硅 [讲述]硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤,约占地壳质量90%以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今,在无机非金属材料中,硅一直扮演着主角的角色。 [问题]碳和硅元素结构上又和碳有什么不同?推测硅单质的性质有哪些? [学生阅读]P74中间自然段。 [回答]硅位于元素周期表ⅣA,与碳元素同族。原子最外层均有四个电子。硅同 碳元素一样,其原子即不容易失去电子又不容易得到电子,主要形成四价的化合物。其中二氧化硅是硅的最重要的化合物。“最重要”三个字是如何体现呢?接下来具体进行了解二氧化硅有关性质。 [板书]一、二氧化硅和硅酸 [投影]金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。

硅的性质及其作用

硅的性质及其作用 马锐5071109033 F0511002 摘要:介绍了硅的很多物理和化学性质,还有当前硅的一些主要应用方面和硅在当今社会发展中的作用。 关键词:硅,晶体,化合物,反应。 正文:1823年,瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅,得到了一种单质——硅。因为这种单质才让我们的生活发生了翻天覆地的变化。 硅,元素符号Si,源自英文silica,原子序数14,相对原子质量28.09,有无定形和晶体两种同素异形体,主要以化合物(二氧化硅和硅酸盐)的形式存在,硅约占地壳总重量的27.72%,其丰度仅次于氧。 已发现的硅的同位素共有12种,包括硅25至硅36,其中只有硅28,硅29,硅30是稳定的,其他同位素都带有放射性,其中28Si 92.23 %,29Si 4.67 %,30Si 3.1 %。 以下是硅的一些性质。 原子半径(计算值):110(111)pm ,共价半径:111 pm ,范德华半径:210 pm ,价电子排布:[氖]3s23p2 ,电子在每能级的排布2,8,4 ,氧化价(氧化物):4(两性),晶体结构:面心立方。电负性:1.90(鲍林标度),比热:700 J/(kg·K),电导率:2.52×10-4 /(米欧姆) ,热导率:148 W/(m·K),第一电离能:786.5 kJ/mol ,第二电离能:1577.1 kJ/mol。核磁公振特性:核自旋为1/2。密度:2330 kg/m3,硬度:6.5 。颜色:深灰色、带蓝色调,熔点:1687 K(1414 °C),沸点:3173 K(2900 °C),摩尔体积:12.06×10-6m3/mol ,汽化热:384.22 kJ/mol ,熔化热:50.55 kJ/mol,蒸气压:4.77 帕(1683K)。 硅在常温下不活泼,其主要的化学性质如下: (1)与非金属作用 常温下Si只能与F2反应,在F2中瞬间燃烧,生成SiF4. Si+F2 === SiF4 加热时,能与其它卤素反应生成卤化硅,与氧反应生成SiO2: Si+2X2=== SiX4 (X=Cl,Br,I) Si+O2 ===SiO2 (SiO2的微观结构) 在高温下,硅与碳、氮、硫等非金属单质化合,分别生成碳化硅SiC、氮化硅Si3N4和硫化硅SiS2等. Si+C=== SiC 3Si+2N2 === Si3N4 Si+2S ===SiS2 (2)与酸作用 Si在含氧酸中被钝化,但与氢氟酸及其混合酸反应,生成SiF4或H2SiF6: Si+4HF ===SiF4↑+2H2↑ 3Si+4HNO3+18HF === 3H2SiF6+4NO↑+8H2O (3)与碱作用 无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐,并放出氢气: Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑ (4)与金属作用 硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合,生成相应的金属硅化物。 硅的作用及用途。

金属硅标准

继续追问:国家标准是国家制定的用于规范金属硅市场的一种准则,它对于金属硅市场的统一、稳定、和谐发展具有非常重要的意义。现在,金属硅国家标准已经被广大的金属硅生产厂家和金属硅企业所接受,已经成为一种行业标准。 金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年来,含Si量99.99%的也归在金属硅内),其余杂质为铁、铝、钙等。 根据金属硅国家标准,金属硅通常按所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类,主要类型有以下几种: #1101 #2202 #3303 #3305 #441 #553 Si 99 99 99 99 99 98.5 Fe 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 Al 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 Ca 0.01 0.02 0.03 0.05 0.1 0.3 P 0.003 0.003 0.003 0.004 0.004 0.004 Ni 0.03 0.03 0.03 / / / Mn 0.03 0.03 0.03 / / / Ti 0.02 0.02 0.03 0.03 / / 金属硅基础知识(牌号化学成分、检验标准等)2006-10-02 00:00 来源:我的钢铁作者:mysteel 试用手机平台 金属硅定义:金属硅又称结晶硅或工业硅,其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。硅是非金属元素,呈灰色,有金属色泽,性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%;原子量为28.80;密度为2.33g/m3;熔点为1410C;沸点为2355C;电阻率为2140Ω.m。 金属硅的牌号:按照金属硅中铁、铝、钙的含量,可把金属硅分为553、441、411、42 1、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。 金属硅的附加产品:包括硅微粉,边皮硅,黑皮硅,金属硅渣等。其中硅微粉也称硅粉、微硅粉或硅灰,它广泛应用于耐火材料和混凝土行业 金属硅的用途:金属硅(Si)是工业提纯的单质硅,主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等。 (1)生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅 硅橡胶弹性好,耐高温,用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。 硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。 硅油是一种油状物,其粘度受温度的影响很小,用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹

化学必修一第四章硅和二氧化硅的教案

化学必修一第四章硅和二氧化硅的教案

第4章非金属元素及其化合物 第一节硅和二氧化硅(第一课时) 张玉芳 知识与技能: 1.了解硅在自然界的存在、含量; 2.了解单质硅的主要性质、工业制法、主要用途; 3.掌握二氧化硅的性质; 4.初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力; 5.初步培养学生对新旧知识进行比较、归纳、推断的逻辑思维能力。 过程与方法: 1.自主学习; 2.活动探究:通过碳与硅、二氧化碳与二氧化硅新旧知识的比较、设疑引导,变 教为诱、变教为导的思路教学法。 情感、态度与价值观:

1.使学生掌握学习元素化合物知识的一般顺序和正确方法; 顺序: 2.通过学习单质硅、二氧化硅的广泛用途后,使学生认识化学学科的魅力,激发 学生的学习知识的内需和兴趣。 教学重点:硅、二氧化硅的化学性质 教学难点:二氧化硅的结构 教学过程: [引入新课](实物展示)水晶、玛瑙、陶瓷、玻璃、硅芯片、光缆 [讲解]这些物质的主角是硅元素,它们都是硅元素的单质和化合物。 [板书]第1节硅和二氧化硅 硅 1.物理性质

[推进新课]请学生阅读教材,描述硅的物理性质。 [学生]灰黑色、有金属光泽,熔点和沸点都很高,硬度很大的固体。 [讲解]很好,那我们现在来看看硅元素在元素周期表中的位置。 [学生] 在元素周期表中寻找硅元素的位置。[讲解]我们发现硅元素的左面是金属元素,右面是非金属元素。金属都有很好的导电性,而非金属一般都是绝缘体,单质硅导电性介于导体和绝缘体之间,是重要的半导体材料。[板书]2.化学性质 [引导]让学生在元素周期表中寻找碳、硅两元素的位置,然后请学生板演它们的原子结构示意图,比较它们结构的异同。 [学生]最外层电子数相同,半径不同。 [讲解]两者最外层都是4个电子,在反应时不易得失电子,故常温下C、Si的化学

硅及其化合物

硅及其化合物的性质和(硅酮)应用 作者:童丹璐 【摘要】 硅及其化合物在物理性质及化学性质方面均具有其明显的特点,从而使其在电子、 汽车、电气、建筑、纤维产业直至日常生活中均具有广泛应用。本文将从硅及其化合物的性 质和应用等方面进行全面的介绍,使读者对它们有更深入的了解。 【关键词】 硅 二氧化硅 硅酸盐 硅酸 硅酮 (Silicon )的学名来自拉丁文Silex,意为燧石。地壳中硅的含量极为丰富,其 元素丰度在20%以上。居地壳元素丰度第二位。常温下硅的化学性质非常稳定, 但在自然界中它却从不以单质形式出现。自然界硅的存在形式主要是硅酸盐和二氧化硅。 硅酸盐在地壳的分布极广,其中包括云母石、长石、沸石及石榴石等矿物。而遍布地 表的粘土则是多种硅酸盐的集合体。自然界的二氧化硅通常以晶体的形态出现。 花岗岩、 正长岩、纹岩、石英岩、碧玉、红玉髓、蛋白石及燧石等的主要成分都是二氧化硅,并且 几乎所有变质岩中都混有硅石。此外,二氧化硅也是常见砂石的主要成分。 尽管硅的化合物(如硅酸盐和二氧化硅)早已为人们所熟知,但直到1823年,Berzelins 才用钾还原氧硅酸钾: Si KF K SiF K +→+6462, 得到了硅单质。是什么原因导致硅元素的提取如此困难?答案大致可分为以下两方面:其 一,天然硅酸盐具有高度化学惰性,几乎不为一般化学试剂所侵蚀;其二,这类硅酸盐的 组成与结构十分复杂,不易认识。种种原因导致对硅元素的研究迟迟未能展开。因此,严 格地说,硅化学应属于近代化学之范畴。 天然硅由28Si,29Si 及30Si 三种稳定同位素组成,它们的同位素丰度分别为:28Si 92.23%;29Si 4.67%;30Si 3.1%,平均原子量为28.086。此外,已经发现的硅同位素还有25Si 、 26Si 、27Si 、31Si 、32 Si 、33 Si 、35 Si 和36 Si 等八种放射性同位素。自然界并不存在硅的放 射性同位素,都是人工合成的。基于硅的核稳定性,天然硅平均热中子吸收截面只有0.16 靶。由于硅的这一特性,核反应堆工艺中常利用硅合金作为铀棒与保护铝罐的焊接材料, 借以增强铀棒的抗腐蚀性能。 常温下,硅单质的唯一存在形式是晶态固体,硅晶体属于立方晶系并具有金刚石型晶体 结构。这种晶体结构的特征是晶格中任一硅原子的周围都对称而等距的分布着另四个硅原 子,这是硅单质常温下存在的唯一晶型。硅单晶的颜色灰黑具有闪亮金属光泽。由于所属晶 型的牢固性及晶格中Si —Si 共价键的强度,硅晶体质地坚硬而有脆性(硅晶粒的硬度约与 普通砂粒相当)。硅晶粒在重击下容易碎裂,与金刚石的行为相近。由于结构上的原因,硅 单质的熔融与蒸发都比较困难,故相应的熔点及沸点很高。 硅同时兼有本征导体与非本征导体的性质。所谓本征导体乃指高纯硅本身,即为一种半 导体。非本征半导体是指硅材料中由于掺入外来杂质而成为半导体,即所谓“外赋”半导体。 常用的掺杂元素有B ,Ga ,Al 与In (p 型杂质)以及As ,P 与Sb (n 型杂质)。杂质浓度N (单位体积内杂原子数)与半导体导电率α=eN μ。 此处e 为电子电荷,μ为截流子迁移率。 常温下硅的化学性质极其稳定,纯硅或熔结的工业用硅可经久储存而不变质。超纯硅样 品虽经多年应用,仍能保持其闪亮,蓝灰色外观,不留刻痕,也不失去光泽。然而处于高温, 硅的性质立即变得十分活泼,它可以同空气中的氧甚至氮发生反应,生成相应的氧化物和氮 化物。当硅处于熔态时,它几乎能跟所有金属氧化物、硅酸盐以及铝酸盐发生反应,夺取这 硅

硅溶胶的性质及用途

HX- HX-是胶体二氧化硅的简称,其基本成分是无定型二氧化硅,并以10~20纳米的粒径均匀地分散于水中。其外观为乳白色或青白色半透明状胶体溶液,是一种良好的无机粘结剂,具有无毒、无味、耐高温、隔热、绝缘性能好、比表面积大、吸附力强、热膨胀系数低等优点。 二、的性能 1、具有较大的吸附性:硅溶胶中无数胶团产生的无数网络结构孔隙,在一定的条件下对无机物及有机物具有一定的吸附作用。 2、具有较大的比表面积:比表面积一般为250~300平方/g。 3、具有较好的粘结性:因其胶团尺寸均匀,并在10~20nm左右,自身风干即产生一定的粘接强度,但强度较小。如将硅溶胶加入某种纤维或粒状材料中,然后干燥固化即可成坚硬的凝胶结构,会产生较大的粘接性(一般46.7Kg/cm2左右)。 4、具有良好的耐温性:一般可耐1600℃左右。 5、硅溶胶具有较好的亲水性和憎油性:可以用蒸馏水稀释至任意浓度,而且随稀释度的增加而稳定性增强。但加入有机物或多种金属离子中又可产生憎水性。 6、硅溶胶具有“高度的分散性”,“较好的耐磨性”和良好的“透光性”等。因此,可作为良好的“分散剂”,“防腐剂”,“絮凝剂”,“冷却剂”和特殊的“光学材料”等。 三、的用途 1、应用于精密铸造业:代替硅酸乙脂使用,无毒性;不仅可以降低成本,用于制作零件,尺寸精确度高,铸件光洁度好,可使壳型强度大,造型比使用水玻璃质量好;用于铸模的耐高温涂料,可以使涂层具有较好的耐热性,减少高温下熔融金属与模具的损耗,并有助于脱模。 2、应用于涂料行业,能够使涂料牢固,具有耐水、耐火、耐污、耐高温、涂膜强度大、色泽艳丽、不褪色等优点。还可以应用于耐酸、耐碱、防火涂料和远红外线辐射涂料。 3、应用于耐火材料的粘结剂:具有粘结强度高、耐高温(1500~1600℃)等优点。 4、应用于纺织业:可以用做纺织上浆助剂,减少断头率;在织物染色中使用,因具有粘结性,可以形成优良的保护液,增加染色的附着力等等。

金属硅的牌号和用途

金属硅的牌号和用途 1金属硅又称结晶硅或工业硅,制取高纯度的半导体材料以及金属硅品位达到99.999(5N)的纯度, 是工业提纯的单质硅,主要用于生产有机硅应用于3C产业,制取高纯度的半导体材料外还能做配制 有特殊用途的合金等多方面使用主要用作非铁基合金的添加剂。硅是非金属元素,兰灰色,有金属 色泽,性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%,原子量为28.80,密度为2.33g/m3 .熔点为1410℃, 沸点为2355℃。电阻率2140Ωm.其最常使用的牌号金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、 钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的含量,可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。 SiMETAL : SPECIFICATION : 2202#

2 SI : 99% MIN. FE : 0.2% MAX. AL : 0.2% MAX. CA : 0.02% MAX. 3303# SI : 99% MIN. FE : 0.3% MAX. AL : 0.3% MAX. CA : 0.03% MAX. 441# SI : 99% MIN. FE : 0.4% MAX. AL : 0.4% MAX.

3 CA : 0.1% MAX. 553# SI : 99% MIN. FE : 0.5% MAX. AL : 0.5% MAX. CA : 0.3% MAX. 411# SI : 99% MIN. FE : 0.4% MAX. AL : 0.1% MAX. CA : 0.1% MAX. 421# SI : 99% MIN.

硅和二氧化硅

学科:化学 教学内容:硅和二氧化硅 【课前复习】 温故 1.自然界中,C的同素异形体天然存在的有_________、_________,人工制取的有_________、_________等;Si的同素异形体都是人工制取的,有_________、_________两种。 2.金刚石和硅晶体比较。 (1)硬度:金刚石_____硅晶体;(填“大于”或“小于”;下同) (2)熔点:金刚石_____硅晶体; (3)导电性:金刚石_____硅晶体。 知新 3.C、Si同主族,化学性质相似,但也有差别,其中能与NaOH(aq)反应的是_____(写元素符号),化学方程式为______________;能与HF(aq)反应的是_____(写元素符号),反应方程式是____________________。 4.硅的用途十分广泛,作为良好的半导体,硅可用来制造_____、_____、_____等半导体器件,还可制成_____电池。 硅的合金用途也很广,含硅4%(质量分数)的钢可用来制造_____;含硅15%(质量分数)的钢可用来制造_____。 5.CO2、SiO2性质相似,都是酸性氧化物,分别写出它们与足量NaOH(aq)反应的化学方程式:__________________、__________________;二者差别也很明显,其中能与H2O 反应的是___________________(写出化学式),反应方程式为____________________。 6.SiO2与水反应吗?为什么说SiO2是酸性氧化物? 7.SiO2与硅石、砂石、石英、水晶、玛瑙间有何关系? 【学习目标】 1.初步了解硅在自然界中的存在形态。了解硅元素的常见同素异形体。 2.了解硅的物理性质和主要用途。 3.掌握硅的化学性质和制取方法。这是本节学习的重点内容,也是本章重点之一。 4.了解二氧化硅的存在,知道石英、水晶、硅石与SiO2的关系。 5.掌握二氧化硅的化学性质,这是本节、也是本章的学习重点。 6.了解硅酸、原硅酸的性质和制取方法。 7.了解常见硅酸盐的主要用途。 8.理解硅酸盐的氧化物表示方法,知道其化学式中氧化物前计量数的含义。 【基础知识精讲】 一、硅的存在 (1)分布广:地壳中到处都是。

硅及其化合物知识点复习

第二部分:【基本理论】替换PDF文件中的第二部分 一、碳、硅及化合物的关系网络 1、相互转化关系 2、硅的性质和制备: 物理性质:①硅在自然界中只有态,没有态。其含量在地壳中居第位,是构成矿 物和岩石的主要成分。②晶体硅为原子晶体。灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,是半导体,具有较 ......................... 高的硬度和熔点。 ........ 化学性质:硅的化学性质不活泼。 ①常温下,只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应: Si + 2F2 =SiF4 、Si + 4HF =SiF4 + 2H2↑、Si + 2NaOH + H2O =。 ②在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合:Si +O2 SiO2 制备:在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅:SiO2 +2C。 将制得的粗硅,再与C12反应后,蒸馏出SiCl4,然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为:Si 十2C12SiCl4、SiCl4 + 2H2Si + 4HCl 应用:①高纯硅可作材料;②晶体硅还可做光电转换材料及制作生物工程芯片。 3、二氧化硅的性质和应用: ①SiO2为晶体,是一种坚硬难熔的固体,硬度、熔点都很高。 ②二氧化硅的化学性质很稳定,不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。 ③二氧化硅是一种酸性氧化物,所以能跟碱性氧化物或强碱反应。 SiO2 + CaO CaSiO3 、SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)

④二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。 a .酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸,但二氧化硅却不能直接跟水化合,它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得。 首先,让SiO 2和NaOH (或Na 2CO 3)在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠:SiO 2+2NaOH ;然后,用酸与硅酸钠作用制得硅酸:Na 2SiO 3+2HCl === 。 b .酸性氧化物一般不跟酸作用,但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应:SiO 2+4HF =SiF 4+2H 2O ④光导纤维:从高纯度的SiO 2或石英玻璃熔融体中,拉出的直径约100μm 的细丝,称为石英玻璃纤维,这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中进行全反射传播,达到两地通信的目的。光纤通信优点:信息传输量大,原料来源广;质量轻,每千米27克;抗电磁干扰,保密性好。 4、硅酸和硅胶: ①硅酸:硅酸有多种形式,如H 4SiO 4、H 2SiO 3等。由于“H 2SiO 3”分子式最简单,习惯采用H 2SiO 3作为硅酸的代表。 ②硅酸酸性比碳酸还弱:Na 2SiO 3+CO 2+H 2O =H 2SiO 3↓+Na 2CO 3 ③硅胶:刚制得的硅酸是单个小分子,能溶于水,在存放过程中,它会逐渐失水聚合,形成各种多硅酸,接着就形成不溶于水,但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质,则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质,具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用,所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。 5、硅酸盐: ①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,组成可用氧化物的形式表示。例如:硅酸钠Na 2SiO 3(Na 2O ·SiO 2);镁橄榄石Mg 2SiO 4(2MgO ·SiO 2);高岭石Al 2(Si 2O 5)(OH)4(A12O 3·2SiO 2·2H 2O ) 注:复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物,因此可以改写为aMxOy·bSiO 2·cH 2O 的方式(具体顺序是:碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水)。 ②硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,难溶于水,有很广泛的用途。 ③最简单硅酸盐是硅酸钠,其水溶液俗称水玻璃...,是一种矿物胶,可作粘合剂,防腐剂....... 。 ④云母、滑石、石棉、高岭石等,它们都属于天然的硅酸盐。人造硅酸盐:主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。

硅及其化学性质

硅及其化合物 硅(台湾、香港称矽xī)是一种化学元素,它的化学符号是Si,旧称矽。原子序数14,相对原子质量28.0855,有无定形硅和晶体硅两种同素异形体,属于元素周期表上第三周期,IV A 族的准金属元素。硅也是极为常见的一种元素,然而它极少以单质的形式在自然界出现,而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中,它是第二丰富的元素,构成地壳总质量的26.4%,仅次于第一位的氧(4 9.4%)。晶体硅为灰黑色,无定形硅为黑色,密度2.32-2.34g/cm-3,熔点1410℃,沸点2355℃,晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。 硅有明显的非金属特性,可以溶于碱金属氢氧化物溶液中,产生(偏)硅酸盐和氢气。 硅原子位于元素周期表第IV主族,它的原子序数为Z=14,核外有14个电子。电子在原子核外,按能级由低硅原子到高,由里到外,层层环绕,这称为电子的壳层结构。硅原子的核外电子第一层有2个电子,第二层有8个电子,达到稳定态。最外层有4个电子即为价电子,它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。 正因为硅原子有如此结构,所以有其一些特殊的性质:最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构,这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合,由于共价键比较结实,硅具有较高的熔点和密度;化学性质比较稳定,常温下很难与其他物质(除氟化氢和碱液以外)发生反应;硅晶体中没有明显的自由电子,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。 加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用,也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中,可溶于碱溶液中,并有氢气放出,形成相应的碱金属硅酸盐溶液,于赤热温度下,与水蒸气能发生作用。 [8] 分类:纯净物、单质、非金属单质。 (1)与单质反应:

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