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1、第4章材料家族中的元素 第1节硅无机非金属材料 第1课时硅和二氧化硅宿州学院附属实验中学宿州学院附属实验中学 刘光刘光【学习目标学习目标】硅的存在、性质、制备和用途硅的存在、性质、制备和用途二氧化硅的存在、性质和用途二氧化硅的存在、性质和用途认识新材料的开发对人类生产、生认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响，学会关注与化学有活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发学习兴趣关的社会热点问题，激发学习兴趣。【教学重点】【教学重点】硅和二氧化硅和二氧化硅硅的主要性质的主要性质、用途、用途。硅元素硅元素(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半
2、导体材料1.硅元素在自然界中全部以硅元素在自然界中全部以态存态存在，硅元素在地壳中的含量居第在，硅元素在地壳中的含量居第位位仅次于仅次于。2.最早使用的半导体材料最早使用的半导体材料，现在，现在最广泛使用的半导体材料最广泛使用的半导体材料。化合化合锗锗硅硅二二氧氧硅单质的图片硅单质的图片:硅硅3.硅的物理性质硅的物理性质a.单质硅有单质硅有和和两种两种,它们都是硅元素的它们都是硅元素的。b.晶体硅是晶体硅是灰黑灰黑色、有色、有金属金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点高，单质硅光泽、硬而脆的固体，熔沸点高，单质硅的导电性介于的导电性介于导体和绝缘体导体和绝缘体之间，之间，故用来故用来作作半导体半导体材
3、料材料。晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅同素异形体同素异形体+142 8 4+62 4 硅的原子结构硅的原子结构碳是构成有机碳是构成有机物的主要元素物的主要元素硅是构成岩石与许硅是构成岩石与许多矿物的基本元素多矿物的基本元素SiC因为硅和碳一样因为硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子其原子既不易失去又不易得到电子,主要形主要形成成+4价的化合物价的化合物.所以常温下，碳、硅单质的化学性质不活泼所以常温下，碳、硅单质的化学性质不活泼分组讨论：分组讨论：硅属于哪类物质？这类物质都具有那些化学性质？请大胆猜想硅可能具有那些化学性质？实验探究：实验探究：（1）常温下，化学性质稳定）常温下，化学性质稳
4、定例如，常温下，不易与例如，常温下，不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应硫酸、硝酸、盐酸等物质反应（2）常温下只与氟气）常温下只与氟气、氢氟酸、碱、氢氟酸、碱反应。反应。4.硅的化学性质硅的化学性质常温下：常温下：SiSi +2 2F2=SiFSiF4 4 SiSi +4HF4HF =SiFSiF4 4 +2H2H2 2 SiSi+2NaOH+H+2NaOH+H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2（注：（注：硅是硅是 唯一与唯一与NaOH溶液反应放溶液反应放出出H2的非金属单质的非金属单质）（3）加热，）加热，Si能与某些非金属单质反应能与某些非金属
5、单质反应（燃烧，放出大量的热）（燃烧，放出大量的热）Si+O2=SiO2 Si+2Cl2=SiCl4高温高温5.硅的制备硅的制备SiO2+2C=Si+2CO （粗硅）（粗硅）高温高温思考：思考：指出上反应中的氧化剂和还原剂。指出上反应中的氧化剂和还原剂。上述反应属于哪种基本反应类型上述反应属于哪种基本反应类型?提提 纯：纯：Si+2Cl2=SiCl4高温高温SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温（高纯硅）（高纯硅）5、硅的用途、硅的用途制制集成电路、晶体管、硅整流器集成电路、晶体管、硅整流器等等半导体材料。半导体材料。含硅含硅4%的钢可制的钢可制变压器铁芯。变压器铁芯。含硅含硅15%的钢具
6、有耐酸性，制的钢具有耐酸性，制耐酸设耐酸设备。备。硅芯片；硅芯片；半导体材料半导体材料硅的氧化物及硅酸盐硅的氧化物及硅酸盐构成了构成了地壳中大部分的岩地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。以上。二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在二氧化硅广泛存在于自然界中，与其于自然界中，与其他矿物共同构成了他矿物共同构成了岩石。天然二氧化岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山玛瑙玛瑙玛瑙玛瑙石英坩埚石英坩埚石英坩埚石英坩埚水晶水晶水晶水晶 玻璃玻璃玻璃玻璃SiOSiO2 2是硅最重要的化合物，天然存在的叫
7、硅石，是硅最重要的化合物，天然存在的叫硅石，有晶有晶体和无定形两大类。体和无定形两大类。硅石硅石晶体（石英）晶体（石英）无定形（硅藻土）无定形（硅藻土）水晶水晶玛瑙玛瑙二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维1.存在：存在：沙子、石英（透明的石英即沙子、石英（透明的石英即水晶水晶）的主要成分就是二氧化硅。的主要成分就是二氧化硅。2.二氧化硅的物理性质二氧化硅的物理性质纯的二氧化硅是无色纯的二氧化硅是无色晶体，硬度晶体，硬度,熔点熔点,溶于水。溶于水。大大高高 难难实验探究：分组讨论（1）二氧化硅属于哪类物质？（2）这类物质都有那些化学性质？（3）二氧化硅可以和那些物质反应？3.二氧化硅的化
8、学性质二氧化硅的化学性质（1）酸性氧化物的通性）酸性氧化物的通性 与与强碱强碱反应反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3的的水溶液俗名水溶液俗名“水玻璃水玻璃”，是一种矿物胶，可做黏合剂。是一种矿物胶，可做黏合剂。结论结论：盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，可用橡胶塞。可用橡胶塞。与某些与某些盐盐反应反应CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温高温与与碱性氧化物碱性氧化物反应反应SiO2+CaO=CaSiO3高温高温注意：注意：SiO2是是H2SiO3的酸酐，不溶于的酸酐，不溶于水，不
9、能直接与水反应制取硅酸。水，不能直接与水反应制取硅酸。（即即SiO2+H2OH2SiO3）特性：特性：与与氢氟酸氢氟酸反应反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O用途：用途：刻蚀玻璃花纹刻蚀玻璃花纹结论：结论：氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，而盛在塑料瓶。而盛在塑料瓶。4.二氧化硅的用途二氧化硅的用途注意：注意：硅和二氧化硅的用途易混淆硅和二氧化硅的用途易混淆制造制造光导纤维光导纤维和石英表中的和石英表中的压电材料压电材料水晶：制造水晶：制造电子部件电子部件和和光学仪器光学仪器光光导导纤纤维维光缆光缆二氧化硅二氧化硅的用途的用途 压压电电材材料料光导纤维（二氧化硅）光导纤维（二
10、氧化硅）主要主要特性特性:主要主要用途用途:通讯质量好；通讯质量好；原料来源广；原料来源广；质量轻、耐腐蚀，铺设方便；质量轻、耐腐蚀，铺设方便；抗干扰性能好，保密性好，不发生辐射。抗干扰性能好，保密性好，不发生辐射。用于通讯外，还用于医疗、信息处理、用于通讯外，还用于医疗、信息处理、遥测遥控等。遥测遥控等。思考思考：硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与：硅酸的酸性比盐酸弱，那么硅酸酸性与碳酸相比较如何呢？碳酸相比较如何呢？实验实验：将将CO2通入通入Na2SiO3溶液中溶液中现象现象：透明的硅酸凝胶生成透明的硅酸凝胶生成方程式：方程式：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3结
11、论：结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱酸还弱小结小结Si物理性质物理性质化学性质化学性质存在存在工业制法工业制法用途用途颜色、状态、光泽、导电性颜色、状态、光泽、导电性Si+O2=SiO2化合态化合态SiO2+2C=Si+2CO高温半导体材料、硅铁合金半导体材料、硅铁合金物理性质物理性质主要用途主要用途化学性质化学性质颜色、状态、硬度、颜色、状态、硬度、熔沸点、溶解性熔沸点、溶解性高温高温SiOSiO2 2CaOCaO=CaSiOCaSiO3 3SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2OOSiO2+4HF=SiF
12、4+2H2O二氧化硅二氧化硅可制成可制成_，用于通信技术。，用于通信技术。光导纤维光导纤维SiO2+2C=Si+2CO高温随堂训练随堂训练1.下列说法正确的是：下列说法正确的是：（A）A.晶体硅和无定形硅是两种不同的物质晶体硅和无定形硅是两种不同的物质B.二氧化硅可用做半导体材料二氧化硅可用做半导体材料C.硅可与氧气反应，单质硅不能在空气硅可与氧气反应，单质硅不能在空气中稳定存在中稳定存在D.在在SiO2+2C=Si+2CO高温高温反应中，反应中，氧化剂与还原剂的物质的量比为氧化剂与还原剂的物质的量比为2：12.下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是：但
13、不能用磨口玻璃塞的是：（c）A.氢氟酸氢氟酸B.浓硝酸浓硝酸C.NaOH溶液溶液D.氯水氯水3 3常温下不能与硅反应的是（常温下不能与硅反应的是（）（A A）氢氟酸）氢氟酸 （B B）氟气）氟气 （C C）氢氧化钠溶液）氢氧化钠溶液（D D）氯气）氯气 4 4不能直接由氧化物和水生成的酸（不能直接由氧化物和水生成的酸（）（A A）H H2 2SOSO4 4 （B B）H H2 2SOSO3 3 （C C）H H2 2SiOSiO3 3 （D D）H H2 2COCO3 3 DC1、如何除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质？、如何除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质？用化学方程用化学方程式表示。式表示。作业2、学案：、学案：能力提升能力提升1.如何除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂如何除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质？用化学方程式表示。质？用化学方程式表示。CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O2.如何除去碳酸钙中少量的二氧化硅杂如何除去碳酸钙中少量的二氧化硅杂质？用化学方程式表示。质？用化学方程式表示。SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O谢谢谢谢！宿州学院附属实验中学宿州学院附属实验中学 刘光刘光