高一化学硅知识点

高一化学硅知识点（精选7篇）

高一化学硅知识点 篇1

4.1 硅 无机非金属材料

一、半导体材料:

1、半导体材料是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。

2、最早使用的半导体材料是锗。

3、目前使用最广泛的半导体材料是硅。

二、硅：

1、存在形式：

 硅在地壳中的含量仅次于氧，排名第二位

 硅在自然界中只仅以化合态存在，主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐

2、分类：单质硅分为晶体硅和无定形硅（即非晶体硅）两种

3、物理性质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体

4、化学性质：

(1)常温下：化学性质稳定，不活泼，除了跟氟气，氢氟酸，强碱

反应外，基本不跟其它物质反应（比如氧气，强酸等）A、硅跟氟气：Si＋2F2＝SiF4

B、硅跟氢氟酸：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑

C、硅跟强碱（以NaOH为例）：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑(2)加热时：在加热条件下，硅可以和氧气、氯气等反应

A、硅与氧气：Si＋O2

5、硅的制备：

(1)粗硅的制取：常用焦炭在高温下还原二氧化硅，制得粗硅，SiO方程式为： 2 + 2C高温高温 SiO2 SiCl4 B、硅与氯气：Si＋2Cl2 高温 Si+2CO(2)粗硅提纯：将粗硅在高温下和氯气生成四氯化硅（液态），四氯化硅经分馏提纯后，再用氢气还原，即可值得高纯度的硅，方程式为：Si(粗)＋2Cl2＝SiCl

4SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl

6、硅的用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等 三、二氧化硅

1、存在形式：二氧化硅广泛存在自然界中，是沙子、石英的主要

成分，其中透明的石英晶体俗称水晶。

2、物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。

3、结构：立体网状结构，SiO2属于原子晶体，直接由原子构成，不存在单个SiO2分子。

4、化学性质：

SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应：(1)酸性氧化物：可以和碱反应生成盐和水，可以和碱性氧化物反应

 与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，应用橡皮塞）。 高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO 高温高温 CaSiO3

(2)弱氧化性：比如粗硅的制取就是利用二氧化硅的弱氧化性。

方程式为： SiO2 + 2CSi+2CO(3)与氢氟酸反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O（利用此反应，氢氟酸能雕刻玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。

5、用途：光导纤维、压电材料等

四、硅酸（H2SiO3）：

1、物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸水能力强。

2、化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，其酸酐为SiO2，但SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：（强酸制弱酸原理）Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓

Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）

3、用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。

五、硅酸盐:

1、简介: 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，是传统的无机非金属材料。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，可以作黏胶剂和木材防火剂。硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓（有白色沉淀生成）

2、物理性质：硅酸盐，熔点高，大多数难溶于水，3、表示方法：

(1)化学式法：对于简单的硅酸盐，一般直接用化学式来表示，比如：硅酸钠，硅酸钙等。

(2)氧化物法：对于复杂的硅酸盐，一般用氧化物的形式来表示，但是并不是说硅酸盐就是由各种氧化物组成，其表示方法为： A、先找出组成硅酸盐的组成元素，写成氧化物的形式，氧化物前面用系数来使原子个数前后守恒，其中系数只能是整数，各氧化物之间用〃隔开，比如：正长石：KAlSi3O8不能写成 11 K2O〃 Al2O3〃3SiO2，应写成K2O〃Al2O3〃6SiO2 22 B、当氧化物的种类有很多种时，一般按照活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水的顺序来写，其中金属氧化物的活泼性为氧化钾元>氧化钠>氧化钙>氧化铝

4、硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷(1)玻璃：

A、生产普通玻璃的主要原料：纯碱、石灰石、石英 B、生产设备：玻璃熔炉

C、形成玻璃的过程中的主要化学变化：

Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑ D、普通玻璃的主要成分：硅酸钠、硅酸钙、石英 E、种类：普通玻璃、铅玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等。 其中铅玻璃因为折光率好，经常用作光学元件  有色玻璃：蓝色加入氧化钴，红色加入氧化亚铁  钢化玻璃：玻璃加热后，急剧冷却形成的(2)水泥

A、生产水泥的主要原料：黏土、石灰石

B、普通水泥的主要成分：硅酸三钙（3 CaO〃SiO2）、硅酸二钙（2CaO〃SiO2）、铝酸三钙（3 CaO〃Al2O3）。

C、水泥的特点：具有水硬性

D、水泥的用途：用作钢筋混凝土（水泥、沙子、碎石的混合物

叫做混凝土）(3)陶瓷：

A、陶瓷是最早使用的硅酸盐产品 B、制造陶瓷的主要原料：黏土

C、陶瓷的优点：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等 D、新型陶瓷材料：

 高温结构陶瓷：主要包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷  生物陶瓷：氧化铝陶瓷等

 压电陶瓷：能将极其微弱的机械振动转换成电信号

高一化学硅知识点 篇2

关键词：高一,化学知识,衔接

一、现状及其原因

本人和很多高中教师有过同样的经历: 很多学生初中化学学得很好,中考轻而易举拿到A等级( 85分以上) . 可升入高中,他们马上感到课堂上知识容量和难度增加太多,跟不上教师的节奏,听课中出现大脑暂时“短路”现象,就抱怨高中老师讲得太快,抱怨化学内容又多又难. 高一老师也觉得高一学生难教,抱怨学生初中的很多基础概念都不清楚,抱怨初中老师为了中考,急功近利,没有考虑学生的长远发展. 为什么会造成这种学生的高一化学难学、教师觉得高一学生难教的现状呢?

1. 教师层面

目前我市的中学不少是初中校,很多初中教师没教过高中,对高中化学的知识结构不清楚,使得他们在教学过程中只关注中考要考的内容,从而忽视学生在知识上的可持续性发展. 自从中考化学成绩改成等级制以来,中考化学题型相对固定,例如,计算题,学生在不知所以然的情况下,都可以依葫芦画瓢解答出来. 很多初中教师只是针对中考考题、考点进行复习和强化训练,使得学生缺少知识的系统性. 而对市区高一化学教师进行的问卷调查显示,有大约90% 的教师从未有过初中教学的经历; 有大约70% 以上的教师对初三新课标及教材不了解,对中考不了解,对初中化学教学情况不了解,这使得他们对初高中化学学科之间的“断档”情况估计不足,教学时便常常捉襟见肘.

2. 教材层面

初中新旧课标和教材在教学目标上有很大变化,教学要求有所降低. 原大纲旧教材强调以学科为中心,强调知识的完整性和学科性,而新课标和新教材注重初中化学的启蒙教育,紧密联系生产生活实际,关注三维教学目标的落实,注重学生科学素养的培养和提高. 因此有些学生感到难理解的内容被删去或降低要求,但这些内容在高中化学教学中又是作为基础知识学生必须具备的. 例如,“核外电子排布的初步知识和原子结构示意图”内容在初中旧教材中是要求了解的,虽然要求不高,但各校化学教师在实施教学中都是高度重视. 据我们调查和了解,一般的初中学校都要求学生熟记1 ~ 18号元素的原子结构示意图,并根据其规律编成口诀帮助学生记忆,因为中考题中曾经考过这方面的内容. 但在新教材中完全没有涉及到,也不会作为中考的要求,一般的学校是不会补充这部分内容的. 但到了高中,化学必修一专题2的“氧化还原反应”必须要讲到氧化还原反应的实质是电子转移. 由于学生没有相应的知识储备,学习时感到难以理解,既影响了教学进度,也影响了学生的学习情绪. 像这种被初中教材删掉而在高中内容中又很重要的知识点还有很多,从而形成了一系列知识衔接中的空白点.

二、过渡与应对

高一课程实施之前,安排一定时间对初中一些被省略或一带而过的基础知识点做专门复习和补充. 我们备课组的老师总结归纳了高一新生入学化学衔接的知识点,并做成学案的形式,于新课实施之前,用了大约六节课左右的时间进行教学. 通过本备课组老师的共同实践,基本解决了高一新生听课“短路”的现象,很好地起到承上启下的过渡作用,教学效果很好.

1. 物质的构成和组成

重点让学生理解元素与原子之间的关系,可延伸出同位素的概念; 从体积、质量、电性三方面对原子结构进行剖析,熟练掌握1 ~ 20号元素的原子结构示意图和简单离子的结构示意图;初步介绍原子结构与元素性质的关系,熟记常见元素和原子团的化合价,并根据化合价书写化合物的化学式.

2. 物质分类

让学生理解混合物、纯净物概念,从定义上理解盐酸是混合物,硫酸、硝酸是纯净物,纯碱、生石灰等物质俗名表示的是纯净物; 应补充氧化物的分类,给出酸性( 碱性) 氧化物概念,让学生学会酸性( 碱性) 氧化物对应的酸( 碱) 的判断,酸性( 碱性) 氧化物的性质及其化学方程式的书写; 从电离的角度,给出酸、碱、盐的定义,学会酸碱盐的判断,例如,食盐水是混合物,不属于盐类等; 根据是否含氧元素、电离出H+个数等分别对酸进行分类,重点掌握三大强酸,特别是盐酸和稀硫酸; 根据电离出OH^{个数、溶解性等分别对碱进行分类,重点掌握四大可溶性强碱;根据组成、酸根是否含氧元素、溶解性等分别对盐进行分类.}

3. 物质的性质

( 1) 熟记酸碱盐的溶解性,学会快速判断物质的溶解性.( 2) 复习物质物理性质概念和判断; 归纳常见气体、金属、非金属单质的物理性质. ( 3) 复习物质化学性质,包括酸碱性、金属性、非金属性、可燃性等; 理解复分解反应的条件和反应规律,学会以此判断及书写酸碱盐之间反应的化学方程式; 熟练掌握酸的五大通性和碱的四大通性.

4. 物质的变化

( 1) 复习化学反应的四种基本类型; 初步介绍氧化还原反应的概念,并学会根据化合价是否变化判断氧化还原反应.

高一化学硅知识点 篇3

关键词：电化学； 多孔硅形貌； N型硅

中图分类号： TN 29 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2015.01.003

Abstract：By using electrochemical etching， a porous structure on N-type doped silicon was prepared in a mixture of ethanol and hydrofluoric acid（the mass fraction is 40%）with light irradiation. The influences of different electrochemical etching conditions on the structure of porous silicon were discussed. The studies show that any increasing of the current density， etching time or HF mass fraction would enlarge the aperture as well as the depth of the porous. When these three parameters exceed the thresholds， the mechanical strength of the porous silicon becomes extremely weak. By the surface topography， when the aperture size is smaller than 500 nm， the porous exhibit quite high mechanical strength， but when the size is larger than 500 nm， particularly larger than 800 nm， the fracture of the skeleton of the porous layer easily occurs.

Keywords：electrochemistry； porous silicon morphology； N-type silicon

引 言

自1990年Canham[1]报道了多孔硅可以在室温下高效发出可见光，人们开始重视对多孔硅材料的研究。多孔硅是一种以硅材料为基底，在硅表面形成微纳米多孔结构的材料，具有比表面积大、光/电致发光、生物相容性良好等特点。目前，对多孔硅的研究主要涉及到多孔硅的含能爆炸性能、发光性能、光伏性能等；主要应用在红外传感、光电子器件、生物医学等方面。近年来，研究人员发现多孔硅具有很好的吸附特性，可在生物检测方面具有广泛的应用前景[2-3]。

普遍认为，多孔硅的形貌特征决定了其本身的理化性质（电学性质、光学性质、化学性质），因此，研究多孔硅的形貌特征信息十分重要。电化学阳极腐蚀法是制备多孔硅最常用的方法，根据腐蚀工艺与条件的不同，可以制备不同形貌特征的多孔硅。本文主要针对制备工艺对多孔硅形貌的影响进行研究探讨，重点讨论了电解液的组成其配比以及腐蚀时间对多孔硅形貌的影响。

1 样品制备

本实验采用的硅片为单面抛光的N型硅片，其电阻率为1～10 Ω·cm，晶向为〈100〉，厚度范围为505.655 μm±11.095 μm。实验前对硅片进行预处理：将硅片放入浓硫酸（H2SO4）和去离子水（H2O）的混合液（V（H2SO4）∶V（H2O）=3∶1）中浸泡，至不再冒泡为止，以去除表面有机污染物；取出硅片用去离子水清洗干净，将硅片浸入质量分数为20%的氢氟酸（HF）中，浸泡10 min，以去除硅片表面氧化层；然后顺次用丙酮、无水乙醇（C2H5OH）和去离子水对硅片超声清洗，再把清洗后的硅片用高纯氮气吹干。硅片处理之后，将其安置在自制的电解槽（聚四氟乙烯材料）中。由于本实验所用硅片为N型硅片，硅片中空穴为少数载流子，而在腐蚀过程中空穴必不可少，所以要对硅片进行光照处理，使硅片中产生光生载流子，以便反应的进行。在电解槽中加入预先配制好的电解液，再将恒流电源的负极用金属铂接入电解液中，正极接到硅片上，接通电源便立即开始腐蚀工序。随着腐蚀的进行，即可得到相应形貌的多孔硅。

2 实验过程

本实验采用单槽电化学腐蚀法，实验装置如图1所示。电解液为氢氟酸（质量分数为40%）和无水乙醇的混合溶液，其体积比为V（HF）∶V（C2H5OH）=1∶6～1∶1，硅片抛光面接触电解液，非抛光面接受25 W白炽灯光照，以硅片为阳极，金属铂为阴极，接通恒流电源后开始腐蚀反应。取电流密度为5～40 mA/cm2，腐蚀时间为10～60 min，分别观察了不同腐蚀条件对制备结果的影响。

反应开始时，在N型硅中空穴载流子的作用下，硅表层原子溶解与氢氟酸中形成饱和Si—H键，当硅表面空穴载流子耗尽，就会被H+离子钝化。此时如果没有空穴对硅表面进行补充，那么反应将几乎停止。因为硅原子的电负性和H原子电正性相当，Si—H键的极性很弱，Si—H键和Si—Si键中Si的正电性不足以吸引腐蚀液中的F-离子并与之反应。在外加电场的作用下，硅体内空穴不断向表面补充，腐蚀液中F-离子被空穴吸引，F原子的电负性远大于H原子的，因此 F-离子将取代Si—H键中的H+，从而形成Si—F键，每破坏两个Si—H键，就有一个H2分子溢出。同时在Si—F键群的影响下，Si—Si键的电子密度将降低形成弱键。裸露出来的弱键Si原子会与氢氟酸中的H+离子反应形成新的Si—H键，而已经溶解掉的Si原子则以SiF2-6的离子形态进入腐蚀液中。重复此过程，Si原子将溶于氢氟酸中。具体反应方程式如下所示：

nlc202309012232

在制备过程中，乙醇并不参与化学反应。

由于无水乙醇的表面张力比水小很多，因此可用来增加腐蚀液的浸润性，以便氢氟酸可以进一步渗入孔内继续反应。与此同时，腐蚀反应过程中会产生大量氢气，氢气以气泡形式附着在硅表面，会阻碍反应的进行，混入乙醇的腐蚀液可以使氢气迅速排至孔外，这样生成的多孔硅孔更加均匀。

3 结果分析

3.1 电解液质量分数对多孔硅成孔的影响

不同电解液质量分数对多孔硅形貌的影响很大，质量分数越大，腐蚀速度就越快，并且在相同的反应时间、电流密度、环境温度和光照强度下，随着电解液质量分数的增加生成小孔的孔径和深度都随之增大。但是，当电解液质量分数超过一定值时，由于腐蚀速度太快，孔壁太薄，会造成新鲜多孔硅的坍塌，大大影响多孔硅成孔的规整度。

3.2 电流密度对多孔硅成孔的影响

电化学腐蚀多孔硅电流密度要适中，如果电流密度太大将会出现电化学抛光效应，太小则难以成孔。本实验选择的电流密度范围为5～40 mA/cm2，每隔5 mA/cm2取一个试验点，腐蚀时间为30 min。在此条件下，N型硅片都可以形成多孔硅，但是条件不同会导致成孔的孔洞大小、密度、深度以及腐蚀效率比有所不同，其中腐蚀效率比是指多孔硅的纵向腐蚀速率除以横向腐蚀速率，由于纵横腐蚀是同时进行，腐蚀时间相同，所以它又可以定义为孔深除以孔径。

图2（a）表示电流密度和多孔硅孔径的关系曲线，随着电流密度增大多孔硅成孔的孔径也随之增大。另外，当电流密度越大时，孔径增长的速度也缓慢加快，多孔硅的腐蚀过程需要空穴的参与，电流密度越大则空穴补充的速度就越快，从而导致孔径增长的速度加快，但根据Beale耗尽模型[4]理论，电场线集中在硅表面曲率较大的区域，电流则汇聚于孔的尖端部分，因此空穴主要分布在尖端，从而腐蚀反应也主要在孔底进行，所以孔径增长的加速度非常缓慢。图2（b）表示电流密度和多孔硅深度的关系曲线，随着电流密度的增大多孔硅的深度也随之增加，在40 mA/cm2时孔深已达93.06 μm。

3.3 腐蚀时间对多孔硅成孔的影响

在其他腐蚀条件相同的情况下，腐蚀时间对多孔硅形貌有很大影响。本实验选取的腐蚀液体积配比仍然是V（HF）∶V（C2H5OH）=1∶6，电流密度J为20 mA/cm2，选取的反应时间为10～60 min。图3（a）表示腐蚀时间和多孔硅孔径的关系曲线，腐蚀时间的增加时，多孔硅成孔的孔径也随之增大，开始时孔径增加的速度较快，随着反应的进行，曲线开始趋于平稳，后段基本变化不大。根据量子限制效应理论[5]，反应进行的过程中，孔壁厚度不断减小，会生成硅量子线，随着硅量子线的展宽，在其内部会形成一个附加势垒Ep，这个势垒不利于空穴到达孔壁的反应界面（硅中的空穴能量要大于Ep才可以进入硅量子线），接着孔壁内空穴耗尽，最后硅量子线的溶解趋于停止，孔径也就不再加大，这是一种自限制的过程。图3（b）表示腐蚀时间和多孔硅深度的关系曲线，随着腐蚀时间的增加多孔硅深度也随之增大，但是增大的速度逐渐变慢。这是由于随着反应的进行，多孔硅越来越深，腐蚀反应主要在孔底进行，腐蚀液的渗入渐渐变得困难，再者大量氢气从孔中冒出也会阻止腐蚀液的渗透，这就造成了反应时间越久，深度增加越困难。本实验所用的无水乙醇所占比重较大，就是为了在保证氢氟酸质量分数的基础上增大其浸润性，所以随着腐蚀时间的增加，多孔硅孔深增大的速度缓慢减小且整体减小的幅度很小[6-8]。

3.4 腐蚀条件对多孔硅形貌的影响

根据腐蚀条件的不同，多孔硅的形貌有很大的区别。当电流密度偏小时，虽然可以形成多孔硅，但是形成的多孔硅密度较小。如图4（a）所示是电流密度5 mA/cm2、腐蚀时间为30 min条件下多孔硅样品的SEM（扫描电子显微镜）图像，拍摄角度为0°，可以分为三个灰度区域，黑色区域表示被腐蚀出的成孔，深灰色且泛白边的区域是未成孔的凹孔，浅灰色区域表示平面，成孔的尺寸和孔的分布较为均匀。

在较大的电流密度下，随着时间增加多孔硅可以腐蚀得很深，但是多孔骨架也由此变得十分脆弱，比较容易坍塌。如图4（b）所示是电流密度50 mA/cm2、腐蚀时间为40 min条件下制备的多孔硅的侧面SEM图像，拍摄角度为90°。该实验条件下制备的多孔硅出现了一定的坍塌现象，主要坍塌原因是切割新鲜多孔硅时不可避免的震荡，在反应结束初期，新鲜多孔硅比较规整。因此，对新鲜多孔硅进行一定的后处理（如氧化铝钝化处理）可以保证其机械强度，可以使其存留时间更长久。另外，从该图中可以明显看出，孔壁并不光滑，且有连续的类似竹节的结构，这是由反应过程中生成的氢气泡在溢出时对孔壁形成一定的压力造成的。如果电流密度较大且反应时间较长，则会在多孔硅表面形成双孔连接，甚至多孔连接的情况，这是因为氢气泡对孔壁压力过大，且随着反应时间的增加孔壁变薄，导致孔与孔之间的孔壁断裂，也就形成了多孔连接的情况[9-10]。

为了更加明显地表示多孔硅的表面形貌，图4（c）为经过超声波震荡后的硅片的SEM放大图，拍摄角度为45°，图中断孔的平均孔径为700 nm左右。由于该多孔硅样品纵横比很大且未经过钝化处理，经过超声震荡后，多孔硅层有一定程度的坍塌现象。由实验可得，大孔径（超过800 nm）多孔硅进行超声波震荡清洗（多孔硅放在超声环境的去离子水中进行震荡清洗）时，都会出现多孔层坍塌现象，即从超声清洗开始的瞬间，多孔层会剥离出不溶于水的棕色微粒，数秒后去离子水变成棕色悬浊液，震荡一段时间后（通常为10 min之后），换掉去离子水再次震荡，则不会出现此现象。震荡开始时大孔径多孔硅表面为有光泽的镜面，震荡后多孔硅表面为暗淡的漫反射面。然而，多孔硅孔径小于500 nm时，无论如何进行超声清洗，都不会出现多孔骨架坍塌的现象，清洗前后多孔层宏观上皆为镜面。由所有多孔硅样品的断孔进行孔径测量发现，当断孔处孔径到达一定大小（500～800 nm）时，多孔层不再继续坍塌，此时剩下的多孔层的机械强度足以抵抗一般的机械冲击。该现象具体原因尚不明确，有待进一步的研究。

nlc202309012232

4 结 论

实验结果表明，多孔硅的形貌跟电化学腐蚀条件密切相关。电流密度、腐蚀时间和氢氟酸质量分数越大时，制备的多孔硅越深，孔径越大，腐蚀效率比也越高，在反应初期前三者和后三者之间成正比例关系。当腐蚀时间达到一定值后，孔径几乎不再增加。当电流密度、腐蚀时间和氢氟酸质量分数数值过大时会导致多孔硅机械强度很弱，多孔层骨架极易断裂，在腐蚀液体积配比为V（HF）∶V（C2H5OH）=1∶6时，且多孔层孔径小于一定值（500～800 nm）时可以保持相当高的机械强度，不会发生多孔层坍塌的现象，且大孔径（大于800 nm）多孔硅出现坍塌时也会在孔径达到一定值（500～800 nm）时停止坍塌。本实验用较为简单的方法制备出了良好的多孔硅样品，并对多孔硅形貌和电化学腐蚀条件的关系做了一定的基础研究，这为今后低成本大规模制备多孔硅提供了参考。

参考文献：

[1] CANHAM L T.Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers[J].Applied Physics Letters，1990，57：1046-1048.

[2] RONG G G，NAJMAIE A，SIPE J E，et al.Nanoscale porous silicon waveguide for label-free DNA sensing[J].Biosensors & Bioelectronics，2008，23（10）：1572-1576.

[3] RONG G G，RYCKMAN J D，MERNAUGH R L，et al.Label-free porous silicon membrane waveguide for DNA sensing[J].Applied Physics Letters，2008，93（16）：161109.

[4] BEALE M I J，BENJAMIN J D，UREN M J，et al.An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon[J].Journal of Cryst Growth，1985，73（3）：622-636.

[5] LEHMANN V，GOSELE U.Porous silicon：quantum sponge structures grown via a self-adjusting etching process[J].Advanced Materials，1992，4（2）：114-116.

[6] ROSSI A M，AMATO G，CAMARCHIA V，et al.High-quality porous-silicon buried waveguides[J].Applied Physics Letters，2001，78（20）：3003-3005.

[7] GRUNING U，YELON A.Capillary and Van-der-Waals forces and mechanical stability of porous silicon[J].Thin Solid Films，1995，255（1/2）：135-138.

[8] KELLY M T，CHUN J K，BOEARSLY A B，et al.High efficiency chemical etchant for the formation of luminescent porous silicon[J].Applied Physics Letters，1994，64（13）：1693-1695.

[9] SCHIRONE L，SOTGIU G，MONTECCHI M.On the morphology of stain-etched porous silicon films[J].Journal of Luminescence，1999，80（1/2/3/4）：163-167.

[10] BHAGAVANNARAYANA G，SHAILESH N S，SHARMA R K，et al.A comparison of the properties of porous silicon formed on polished and textured（100）Si：high resolution XRD and PL studies[J].Materials Chemistry and Physics，2006，97（2/3）：442-447.

（编辑：张 磊）

高中化学硅的知识点 篇4

硅是一种亲氧元素，自然界中总是与氧结合，以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。硅有晶体和无定型两种。晶体硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，常温下不活泼。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，可制成光电池等能源。

硅的化合物

①二氧化硅

a、物理性质：二氧化硅具有晶体和无定形两种。熔点高，硬度大。

b、化学性质：酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水

SiO2+CaO===CaSiO3，SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O，SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

c、用途：是制造光导纤维德主要原料;石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等;水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等;石英砂常用作制玻璃和建筑材料。

②硅酸钠：硅酸钠固体俗称泡花碱，水溶液俗称水玻璃，是无色粘稠的液体，常作粘合剂、防腐剂、耐火材料。放置在空气中会变质：Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3。实验室可以用可溶性硅酸盐与盐酸反应制备硅酸：Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓

③硅酸盐：

a、是构成地壳岩石的主要成分，种类多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示组成。其表示方式

活泼金属氧化物•较活泼金属氧化物•二氧化硅•水。如：滑石Mg3(Si4O10)(OH)2可表示为3MgO•4SiO2•H2O

b、硅酸盐工业简介：以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业成硅酸盐工业，主要包括陶瓷工业、水泥工业和玻璃工业，其反应包含复杂的物理变化和化学变化。

水泥的原料是黏土和石灰石;玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英，成份是Na2SiO3•CaSiO3•4SiO2;陶瓷的原料是黏土。注意：三大传统硅酸盐产品的制备原料中，只有陶瓷没有用到石灰石。

化学式

1.意义：(以H2O为例)

(1)宏观：①表示一种物质(表示水)

②表示物质是由什么元素组成(表示水是由氢元素和氧元素组成)

(2)微观：①表示一种分子(表示水分子)

②表示分子的结构(表示一个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成)

写出下列物质的化学式

氯气N2;氦气He;白磷P;水银Hg;生铁、钢的主要成分Fe;

干冰CO2;冰H2O;过氧化氢(双氧水)H2O2;氧化铜CuO;

铁锈的主要成分Fe2O3;氯化氢HCl;氯化亚铁FeCl2;氯化铝AlCl3;

氢氧化钠NaCl;石灰水的主要成分Ca(OH)2;硫酸铁Fe2(SO4)3;硫酸镁MgSO4;石灰石、大理石主要成分CaCO3;硝酸钾KNO3;

硝酸银AgNO3;硝酸铜Cu(NO3)2;天然气主要成分—甲烷CH4;

乙醇(酒精)C2H5OH;氯酸钾KClO3;氯化钾KCl;高锰酸钾KMnO4;

锰酸钾K2MnO4;盐酸HCl;硫酸H2SO4

物理变化和化学变化

(1)物理变化：没有新物质生成的变化。

①宏观上没有新物质生成，微观上没有新分子生成。

②常指物质状态的变化、形状的改变、位置的移动等。

例如：水的三态变化、汽油挥发、干冰的升华、木材做成桌椅、玻璃碎了等等。

(2)化学变化：有新物质生成的变化，也叫化学反应。

①宏观上有新物质生成，微观上有新分子生成。

高一化学知识点精选 篇5

1、常见的电解质指酸、碱、盐、水和金属氧化物，它们在溶于水或熔融时都能电离出自由移动的离子，从而可以导电。

2、非电解质指电解质以外的化合物(如非金属氧化物，氮化物、有机物等);单质和溶液既不是电解质也不是非电解质。

3、在水溶液或熔融状态下有电解质参与的反应叫离子反应。

4、强酸(HCl、H2SO4、HNO3)、强碱(NaOH、KOH、Ba(OH)2)和大多数盐(NaCl、BaSO4、Na2CO3、NaHSO4)溶于水都完全电离，所以电离方程式中间用“==”。

5、用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子叫离子方程式。

在正确书写化学方程式基础上可以把强酸、强碱、可溶性盐写成离子方程式，其他不能写成离子形式。

6、复分解反应进行的条件是至少有沉淀、气体和水之一生成。

7、离子方程式正误判断主要含

①符合事实

②满足守恒(质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒)

③拆分正确(强酸、强碱、可溶盐可拆)

④配比正确(量的多少比例不同)。

8、常见不能大量共存的离子：

①发生复分解反应(沉淀、气体、水或难电离的酸或碱生成)

②发生氧化还原反应(MnO4-、ClO-、H++NO3-、Fe3+与S2-、HS-、SO32-、Fe2+、I-)

③络合反应(Fe3+、Fe2+与SCN-)

高一化学必考知识点 篇6

1、构成有机物的最不可缺少的元素是碳，硅是构成岩石和矿物的基本元素。

2、SiO2是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体，是光纤的基本原料。

3、凡是立体网状结构的晶体(如金刚石、晶体硅、SiC、SiO2等)都具有熔点高、硬度大的物理性质，且一般溶剂中都不溶解。

4、SiO2和强碱、氢氟酸都能反应。前者解释碱溶液不能盛在玻璃塞试剂瓶中;后者解释雕刻玻璃的原因。

5、硅酸是用水玻璃加盐酸得到的凝胶，离子方程式为SiO32-+2H+=H2SiO3。凝胶加热后的多孔状物质叫硅胶，能做干燥剂和催化剂载体。

6、正长石KAlSi3O8写成氧化物的形式为K2O•Al2O3•6SiO2

高一化学硅知识点 篇7

钒是一种重要的战略资源,普遍应用于国防、冶金、化工、航空航天等领域[1,2]。钒渣及石煤是主要的提钒物料,目前主要的提钒工艺有钠化焙烧-水浸提钒、钙化焙烧-酸浸提钒、空白焙烧-碱浸提钒和直接酸浸提钒等[3,4,5]。每一种提钒方法各有不同,但各提钒方法获得的钒液在下一步沉钒操作开始之前都要经过净化除杂处理,以消除杂质对钒产品质量的影响

硅是含钒溶液中比较常见的一种杂质元素,其存在不仅影响五氧化二钒的产品质量,还会降低沉钒率。硅以复杂多样的形式存在于溶液中,其以正硅酸根离子H3Si O4-存在于碱性溶液中,在中性或弱酸性溶液中大部分是不电离的正硅酸分子H4Si O4,在强酸性溶液中有H4Si O4和硅酸正离子H5Si O4+,简单的偏硅酸根离子Si O32-并不存在[6]。当条件适宜时,硅酸即聚合成凝胶沉出。张曦等[7]指出,在硅酸根离子存在的情况下,溶液中的钒氧酸根离子会形成复杂的络合物沉淀或杂多酸形式;造成沉钒率下降的原因是随着硅酸盐的含量增多,溶液中的离子强度增大,从而导致多钒酸盐的溶解度也随之增大;同时在沉淀物中存在硅酸盐,可能的原因是在沉淀过程中多钒酸铵聚集,从而吸附硅酸盐离子所造成的。因此,对于含钒溶液中硅的去除就显得十分重要,本文综述了含钒碱浸液采用化学沉淀法除硅的几种工艺:铝盐沉淀法、钙盐和镁盐沉淀法、铁盐沉淀法、水解沉淀法。并比较了各种工艺的优劣,对于工业生产起一定的指导作用。

1 化学沉淀法除硅工艺

1.1 铝盐沉淀法

在碱性溶液条件下,采用铝盐除硅可能发生下述对除硅比较有效的两类化学反应:第一类反应是指单硅酸与铝离子在溶液在p H=10的碱性条件下,两者快速发生反应,形成铝硅酸盐沉淀:多水高岭土沉淀以及水铝英石构成的铝硅酸盐等,这类反应被称为单硅酸与铝反应;第二类反应是指铝与聚硅酸构成鳌合键之时,不同条件的铝离子对聚硅酸离子的生长会有影响,据文献[8]可知,在中性条件下,铝的存在会抑制聚硅酸的生长;而在弱碱性条件下(p H=9),铝是以六配位的形式存在,其离子带正电,从而能够吸附于聚硅酸的表面,并与聚硅酸表面存在的负电荷发生中和反应,加快聚硅酸晶体的生长速度,将硅沉淀,最终除掉溶液中的硅,这类反应被称为聚硅酸与铝反应。

曾美云等[9]研究了不同沉淀剂对碱性钒液中硅去除效果及钒损失的影响,结果表明,铝盐除硅效果好,沉淀基本完全,去除率达到了96%以上,其次是镁盐、钙盐、钡盐、有机盐。从钒损失来看,用铝盐钒损失最少,铝盐对除磷也有一定效果。除杂剂钡盐效果不理想,可能是由于整个反应是加热过程,生成的白色沉淀相对不稳定导致逐步水解,进而导致除硅率低。适宜的除硅条件为:调节浸出液p H至9.0,按照沉淀剂用量按铝盐与硅质量之比为1.5∶1添加沉淀剂,反应温度60℃,反应时间1.5 h,反应结束后静置1 h。在该反应条件下,硅的去除率达到99.12%,而钒仅损失了大约1.21%。

傅炳星等[10]对于钠化钒渣水浸液,采用金属铝除硅,按Al/Si=0.8计量,在60~65℃条件下,机械搅拌至全溶,冷却后通CO2气体至p H为9~9.5,过滤,洗涤后弃渣。除硅后的钒液中Si含量可降至0.4g/L。李国良[11]则指出,对于钠化钒渣强碱性浸出液,用金属铝除硅,在Al/Si﹥0.7的条件下,碳酸化p H=10左右,硅即沉淀完全。深度碳酸化时Si O2有重返溶液的趋势;在Al/Si<0.6时,随着p H降低,Si O2将进一步沉淀,但沉淀不完全;除硅时,加入CaC l2(Al∶Ca=1∶1,摩尔比),硅的净化率将提高。程正东[12]则采用电解铝-碳酸化的工艺,首先在高碱度下对S2-及少量原生低价态钒进行电解氧化,同时电解铝阴极自然溶出NaA l O2,产生除硅效果;然后碳酸化使硅溶胶沉淀,除硅后,溶液中Si O2的聚合状态发生变化,因此碳酸化所脱除的Si O2是过滤性能好的絮状沉淀。徐辉[13]则采用Al Cl3-Ca Cl2联合去除碱性钒液中的Si和P,在最佳条件下,能够除去99%的硅,除去98%的磷,而钒的损失在10%以下。

硫酸铝对于碱性钒液中的杂质硅的去除,具有除硅率高,钒损小,碳酸化时过滤性能好,除硅渣量小等优点,现已取得了工业应用。

1.2 钙盐、镁盐沉淀法

钙和镁的硅酸盐,其溶解度都很小,因此通过在含钒碱浸液中加入钙盐或镁盐,由于复分解反应的作用,钙离子和镁离子与硅酸根结合形成了难溶物,将该含钒碱浸液进行液固分离即可实现除硅效果。此法需要含钒溶液的p H处于9~11之间,除硅效果才好,且常能实现磷、砷、硅一起除去的效果[13,14]。

曾美云等[15]采用无盐焙烧-碱浸手段,研究焙烧硅质岩型钒矿,对获得的浸出液进行了除硅试验。通过比较几种镁盐、钙盐的除硅效果,认为镁盐相比钙盐,镁盐的除硅效果更明显,使用镁盐除硅酸合适的条件为:碱性钒液p H为弱碱性,沉淀剂用量为按镁盐与硅质量之比1~1.5,反应温度大于90℃,沉淀结束后静置0.5 h。在此条件下,硅的去除率为98.83%,钒损失率为15%左右。采用这种方法,能够将碱性钒液中绝大部分硅去除,钒在除硅过程中的损失也低。

李静等[16]采用氢氧化钠溶液溶解工业级偏钒酸铵,加热得到碱性含钒溶液。采用硫酸镁作为除杂剂,考察了硅磷的除去以及最终产品纯度,结果表明在最佳的工艺参数下除磷率可达95%以上,硅的去除率大于84%,P含量从0.114%降至0.0152%,Si含量从0.316%降至0.085%,而除硅后获得的NH4VO3,纯度从98.37%提高到99.28%。此方法对于磷的除去有较好效果,而对于硅的出去还有提升空间。

制备高纯V2O5需要进行严格的除杂操作,而采用铝盐或铁盐除杂,会引入Al3+、Fe3+从而成为新的杂质,对后续沉钒、制备高纯V2O5会产生不利影响。因此段冉[14]在制备高纯V2O5试验中采用硫酸镁作为除杂剂。结果表明,在强碱性条件下,硅的稳定性较好,硅稳定性随着溶液p H值的降低而下降,而除硅率逐渐升高。除磷率在p H=9.5左右时达到最大值,而钒损失率增速在p H值大于10之后迅速提高。

相比于铝盐沉淀法,采用镁盐或钙盐除硅时,沉淀渣量大,过滤性能较差,钒损高于铝盐沉淀法。

1.3 铁盐沉淀法

使用铁盐除去碱性含钒溶液中硅的方法与铝盐法原理基本一样。其过程为:铁盐在水里溶解之后,一部分Fe3+与硅酸根生成硅酸盐沉淀,一部分Fe3+发生剧烈水解,同时发生多种聚合反应而形成具有一定吸附能力的氢氧化物,从而将溶液中的硅一起吸附沉淀,达到除硅目的。铁盐法一般适用的p H为8左右。刘召平等[17]通过试验比较了硫酸亚铁和氯化铁的除硅效果,结果表明前者的效果优于后者,除硅率可达90%以上,但钒损约20%。潘鹤林等[18]利用新生成的Fe(OH)3溶胶捕集Si O2溶胶,使Si O2与Fe(OH)3共沉淀从溶液中除去,静置时间24h。

相比之下,铁盐的价格比较便宜,但缺点是除硅过程中会导致一部分的钒也随之沉淀下来,尤其是在铁盐加入过量时,钒损更大。

1.4 水解沉淀法

所谓水解沉淀法就是在不添加除硅剂的前提下达到除硅目的。其原理为:降低硅酸钠溶液的p H值,硅酸钠p H值较低的条件下就会水解,从而获得结构各异的硅酸,这些结构各异的硅酸会缩合形成微细颗粒,这些微细颗粒的粒径在胶体分散相范围之内。当溶液中的硅在p H值大于13.5时,以十分稳定的Si O32-形式存在,此时不发生缩合反应。当在溶液p H值在10.9~13.5之间时,硅以Si2O52-的形式存在,亦不发生缩合反应。当溶液p H值小于10.9时,开始缩合反应,但其较为缓慢的反应速率还足以导致凝胶生成,但只要满足溶液此时存在其他高浓度可溶盐,那么碱性溶液中就可以发生凝胶过程。在p H值为8-9时,溶液中的硅酸钠能较彻底水解从而生成硅酸[19]。

此方法的优点是除硅时不引入其它杂质元素,成本低廉,但是除硅率低,沉淀完成后的静置时间过长,二氧化硅微细凝胶使得过滤速度慢,过滤困难,最终导致钒产品中硅含量超标。

2 各除硅工艺优缺点比较

上表给出了采用化学沉淀法的各种除硅工艺的优缺点。

3 结语

通过对含钒碱浸液化学沉淀法除硅的几种工艺的比较,可以得出:(1)钙盐和镁盐沉淀法对于碱浸钒液中的硅具有一定的去除效果,但去除率不高,且渣量大,该法更适合于含钒碱浸液中杂质P的去除;(2)铁盐沉淀法成本虽低,但除硅效果不好,钒损大,此法对于碱浸钒液中少量钒的回收具有好的效果;(3)水解沉淀法不引入其它杂质元素,但耗时长,除硅渣颗粒太细不易过滤;(4)铝盐沉淀法除硅率高、钒损小、容易过滤,仅对于后续产品质量要求高时需考虑除Al,具有工业应用前景。

摘要：本文综述了利用化学沉淀法除去含钒碱浸液中硅的几种工艺,这些沉淀法包括铝盐、钙盐和镁盐、铁盐和水解沉淀法,比较了每种工艺的优劣,得出铝盐沉淀法除去碱性含钒溶液中的硅,具有除硅率高、钒损小、过滤性能好的优点,对于工业生产有一定的指导作用。