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元素周期表应用
鲁科版高一化学必修2大单元教学
——寻找半导体材料

半导体材料——硅
【回顾思新】
填写硅的模型内容，体会元素位置、结构和性质，物质组成结构、性质和用途的关系。
元素位置
原子结构
元素性质
物质性质
元素Si
物质Si
物质用途
物质组成
结构
反映
决定
反映
反映
决定
反映
反映
决定
反映
决定
决定
反映
化合价-4—+4
原子半径111pm
不容易得电子不容易失电子
最外层4个电子
3个电子层
核电荷数14
化学
性质
物质类别
氧化性
还原性
物理性质
14号
第3周期
第IVA族
金属和非金属分界线附近
灰黑色金属金泽固体
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2
Si＋O2???△????SiO2
?
Si＋2Cl2???高温????SiCl4
?
Si＋2H2???高温????SiH4
?
半导体材料——硅
谁 能 取 代 硅?
门捷列夫预言的胜利——类硅
【问题组1】
1.根据模型完成锗的位置、结构填写和物质结构、性质预测。
2.比较锗与硅性质的不同之处，并解释原因。
任务一 铵态氮肥的生产
任务一 预测锗的性质
锗
硅
元素位置
原子结构
元素性质
物质性质
元素Ge
物质Ge
物质用途
物质组成
结构
反映
决定
反映
反映
决定
反映
反映
决定
反映
决定
决定
反映
化合价0—+4
原子半径122pm
不容易失电子
最外层4个电子
4个电子层
核电荷数32
化学
性质
物质类别
氧化性
还原性
物理性质
32号
第4周期
第IVA族
金属和非金属分界线附近
灰白色金属金泽固体
Ge+2NaOH+H2O=Na2GeO3+2H2
Ge + 4HNO3 =GeO2 + 4NO2 + 2H2O
Ge＋2Cl2???高温????GeCl4
?
【问题组1】
1. 根据模型完成锗的位置、结构填写和物质结构、性质预测。
2.比较锗与硅性质的不同之处，并解释原因。
任务一 铵态氮肥的生产
任务一 预测锗的性质
锗
硅
锗
硅
锗
世界上第一个晶体管
无人机
【问题组2】
1. 尝试写出硅、锗的生产提纯原理？
2.对比硅、锗的生产提纯原理的不同。
任务一 铵态氮肥的生产
任务二 锗的工业生产
【思考1】
为什么不将GeO2转化为GeCl4后还原Ge?
任务一 铵态氮肥的生产
任务二 锗的工业生产
1.GeCl4易水解
GeCl4+2H2O=GeO2+4HCl
2.GeCl4沸点高，与杂质沸点差异小。
【思考2】
为什么锗的应用不如硅广泛？
任务一 铵态氮肥的生产
任务二 锗的工业生产
1.锗在自然界中的含量低。
2.锗的生产成本更高。
元素位置
原子结构
元素性质
物质性质
元素Ge
物质Ge
物质用途
物质组成
结构
反映
决定
反映
反映
决定
反映
反映
决定
反映
决定
决定
反映
化合价0—+4
原子半径122pm
不容易失电子
最外层4个电子
4个电子层
核电荷数32
化学
性质
物质类别
氧化性
还原性
物理性质
32号
第4周期
第IVA族
金属和非金属分界线附近
灰白色金属金泽固体
Ge+2NaOH+H2O=Na2GeO3+2H2
Ge + 4HNO3 =GeO2 + 4NO2 + 2H2O
Ge＋2Cl2???高温????GeCl4
?
物质性质
物质Ge
物质用途
物质组成
结构
反映
决定
反映
决定
决定
反映
自然性质
工业生产
决定
决定
任务一 铵态氮肥的生产
任务三 寻找半导体材料
【思考3】
根据元素周期表和模型信息，预测的半导体材料是否可行？
硅、锗、金刚石
任务一 铵态氮肥的生产
任务三 寻找半导体材料
【思考4】
根据元素周期表和模型信息，预测半导体材料是否有可能是化合物？依据？
硅、锗、金刚石
N
Ga
Ga
Ga
Ga
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
材料
禁带宽度
第一代半导体
硅（Si）
1.12eV
窄禁带半导体
锗（Ge）
0.67eV
第二代半导体
砷化镓（GaAs）
1.43eV
磷化铟（InP）
1.34eV
第三代半导体
氮化镓（GaN）
3.4eV
宽禁带半导体
碳化硅（SiC）
3.2eV
第四代半导体
氧化镓（Ga2O3）
4.8eV
超宽禁带半导体
氮化铝（AlN）
6.2eV
【思考4】
如何增强半导体材料的导电性？
掺杂元素能增强半导体材料的导电性
中国半导体：从破局到星辰大海
总结半导体材料发展历程，发现元素周期表在其中的重要作用。
课后任务
学必探其本，行必赴其艰

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