1、 第四章第四章 材料家族中的元素材料家族中的元素 第一节第一节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料 【学习目标学习目标】1.知识技能：知识技能：掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。了解硅、二氧化硅在信息技术材料科学领域中的应用。了解硅、二氧化硅在信息技术材料科学领域中的应用。2.方法与过程：方法与过程：能归纳出相同类别物质的通性，并能运用通性简单预测其他能归纳出相同类别物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质，通过物质的性质，通过“结构结构性质性质用途用途”的学习模式，逐步掌握的学习模式，逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法。学习元素化
2、合物知识的一般方法。3.情感态度与价值观：情感态度与价值观：通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习，激发学生对高科技的浓厚兴趣。硅等无机非金属材料的学习，激发学生对高科技的浓厚兴趣。一、硅与半导体材料一、硅与半导体材料晶体硅是灰黑色、有金属晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。光泽、硬而脆的固体。熔点高，硬度大。熔点高，硬度大。物理性质物理性质导电性介于导体和绝缘体之间导电性介于导体和绝缘体之间 半导体半导体物理性质物理性质1、硅的物理性质、硅的物理性质 现代通讯和计算机技术发展迅猛，单就广泛现代通讯
3、和计算机技术发展迅猛，单就广泛应用于计算机领域的半导体材料来说，请回答：应用于计算机领域的半导体材料来说，请回答：最早使用的半导体材料是什么？最早使用的半导体材料是什么？现代常用的半导体材料又是什么？现代常用的半导体材料又是什么？半导体材料的发展史说明了人们在半导体材料的发展史说明了人们在选择材料时注意什么？选择材料时注意什么？【问题问题1】【问题问题2】【问题问题3】材料的选择和广泛使用应该具备几个基本材料的选择和广泛使用应该具备几个基本条件：来源丰富、生产工艺比较简单、比较经条件：来源丰富、生产工艺比较简单、比较经济以及相关的技术条件等。济以及相关的技术条件等。除了做半导体材料外，单质硅还
4、可以制造哪些除了做半导体材料外，单质硅还可以制造哪些材料？材料？【问题问题4】2、单质硅的主要用途、单质硅的主要用途【阶段小结阶段小结】地处美国加州北部旧金山湾以南，早期以硅芯片的地处美国加州北部旧金山湾以南，早期以硅芯片的设计与制造著称，因而得名，后来硅谷成为世界各国高设计与制造著称，因而得名，后来硅谷成为世界各国高科技聚集区的代名词科技聚集区的代名词。自自80年代后，世界各国都建立起自己的硅谷，如美年代后，世界各国都建立起自己的硅谷，如美国波士顿的国波士顿的“第二硅谷第二硅谷”、“日本硅谷日本硅谷”、“韩国硅谷韩国硅谷”等。中国也不例外，有北京中关村硅谷、上海浦东硅谷等。中国也不例外，有北
5、京中关村硅谷、上海浦东硅谷和广东深圳硅谷，和广东深圳硅谷，浙江杭州也有一个浙江杭州也有一个“天堂硅谷天堂硅谷”。硅谷硅谷集成电路集成电路太阳能电池太阳能电池晶体管晶体管硅整流器硅整流器变压器铁芯变压器铁芯含硅含硅15%硅铁合金硅铁合金硫酸工厂的耐酸设备硫酸工厂的耐酸设备含硅含硅4%导磁性导磁性耐酸性耐酸性l 非金属单质的化学通性非金属单质的化学通性u与其他非金属单质反应与其他非金属单质反应u与金属单质反应与金属单质反应思考思考硅具备这些性质吗硅具备这些性质吗?你能写出你能写出Si与与O2反应的反应的方程式吗？方程式吗？交流研讨交流研讨 Si+O2=SiO2说明说明：在常温下很稳定，不易与其他物
6、质发生反应。在常温下很稳定，不易与其他物质发生反应。在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质反应，如氧气质反应，如氧气、氯气。、氯气。自然界中自然界中有没有游有没有游离态的硅离态的硅存在呢？存在呢？3、硅单质的化学性质、硅单质的化学性质思考思考硅的这些反应条硅的这些反应条件有何特点？能件有何特点？能说明什么问题？说明什么问题？高温高温Si+2Cl2=SiCl4【阶段小结阶段小结】资料在线资料在线地球形成之初温度很高，使得硅只能以化合态存在；由地球形成之初温度很高，使得硅只能以化合态存在；由于硅属于亲氧元素于硅属于亲氧元素,一旦和氧结合就很难被还原，所以一旦
7、和氧结合就很难被还原，所以即便后来地球的温度下降了，硅也没能被还原成单质。即便后来地球的温度下降了，硅也没能被还原成单质。硅的存在形态硅的存在形态二氧化硅（二氧化硅（SiO2 2）硅酸盐硅酸盐自然界中的自然界中的存在形态存在形态化合态化合态 硅元素常以硅元素常以SiO2和硅酸盐的形式存在。和硅酸盐的形式存在。你知道自然界或生活中含你知道自然界或生活中含SiO2和硅酸盐的物和硅酸盐的物质有哪些？质有哪些？【问题问题5】硅矿山石英、玻璃与陶瓷；玛瑙、水晶和砂石。石英、玻璃与陶瓷；玛瑙、水晶和砂石。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约
8、占地壳总量的沙子和土壤，约占地壳总量的90%90%以上。以上。硅硅26.3%26.3%居第二位居第二位硅的工业制法硅的工业制法工业上常以工业上常以SiOSiO2 2为原料来制取硅，试从氧化还为原料来制取硅，试从氧化还原反应的角度分析，原反应的角度分析，SiOSiO2 2应与具有应与具有_性性的物质反应才能得到单质硅？的物质反应才能得到单质硅？还原还原SiO2 +2C =Si+2CO高温高温氧化剂氧化剂 还原剂还原剂注意：注意：1、条件是高温。、条件是高温。2、碳被氧化为、碳被氧化为CO。3、制得的硅为粗硅。、制得的硅为粗硅。话说粗硅从电炉里诞生后，踌躇满志，心想，话说粗硅从电炉里诞生后，踌躇满
9、志，心想，我得为人类做点事情。于是，他想到半导体材料我得为人类做点事情。于是，他想到半导体材料需要他，便去应聘。不想，却被需要他，便去应聘。不想，却被“半导体老总半导体老总”拒之门外。粗硅十分苦闷，怎么也想不通自己为拒之门外。粗硅十分苦闷，怎么也想不通自己为什么不被录用。同学们，你能帮粗硅分析一下原什么不被录用。同学们，你能帮粗硅分析一下原因吗？你能帮他竞聘成功吗？因吗？你能帮他竞聘成功吗？（提示：通过教材（提示：通过教材“练习与活动练习与活动”P114T2（1）（2），归纳粗硅提纯的），归纳粗硅提纯的“三部曲三部曲”。请用三请用三个化学方程式表示）个化学方程式表示）【问题问题6】“半导体老总
10、半导体老总”想录想录用用99.999999%的高纯的高纯硅。硅。粗硅：粗硅：纯硅：纯硅：2C+SiO2=Si+2CO高温高温 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温粗硅提纯三部曲：粗硅提纯三部曲：【教材教材P114T2】Si+2Cl2=SiCl4高温高温二、二氧化硅与光导纤维二、二氧化硅与光导纤维二氧化硅广泛存在于自然界中。二氧化硅广泛存在于自然界中。沙子、石英、水晶的主要成分就是二氧化硅。沙子、石英、水晶的主要成分就是二氧化硅。1、SiO2的存在和物理性质：的存在和物理性质：SiO2的物理性质：的物理性质：(1)无色晶体；无色晶体；(2)不溶于水；不溶于水；(3)熔点高；熔点高；(4)硬
11、度大。硬度大。SiO二氧化硅的晶体结构示意图二氧化硅的晶体结构示意图二氧化硅的结构二氧化硅的结构.SiO2 明代著名医学家李时珍在明代著名医学家李时珍在本草纲目本草纲目中记中记述，水晶述，水晶“辛寒无毒辛寒无毒”，主治，主治“惊悸心热惊悸心热”，能，能“益毛益毛发、悦颜色。发、悦颜色。”水晶是一种颇为人们喜爱的宝石，在古水晶是一种颇为人们喜爱的宝石，在古代，称之为代，称之为“水精水精”，即水的精华，此外还称之为，即水的精华，此外还称之为“水水玉玉”、“白附白附”、“玉晶玉晶”、“千年冰千年冰”、“菩萨石菩萨石”、等。古希腊著名哲学家亚里斯多德也认为，水晶是由冰等。古希腊著名哲学家亚里斯多德也认
12、为，水晶是由冰逐渐演变而成。逐渐演变而成。读材料判断正误：读材料判断正误：1.水晶是水晶是“水的精华水的精华”、是由冰逐渐演变而成的。、是由冰逐渐演变而成的。2.砂石的主要成分是二氧化硅，水晶的主要成分是硅。砂石的主要成分是二氧化硅，水晶的主要成分是硅。3.水晶和干冰的主要成分都是二氧化硅。水晶和干冰的主要成分都是二氧化硅。【材料材料】【问题问题7】交流研讨交流研讨 SiO2 与与CO2一样，都属于酸性氧化物一样，都属于酸性氧化物。酸性氧化物具有哪些通性？酸性氧化物具有哪些通性？以以CO2为例进行说明。为例进行说明。u与碱反应生成盐和水与碱反应生成盐和水u与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应
13、生成盐u与水反应生成对应的酸与水反应生成对应的酸【类比类比】SiO2会具有会具有这些性质吗？这些性质吗？2、SiO2的化学性质（与的化学性质（与CO2对比）对比）CO2【温故】SiO2【知新】物质分类物质分类 均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物CO2 CaOSiO2 CaO=CO2 2NaOH SiO2 2NaOH CO2 H2O与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应SiO2 H2O2、SiO2的化学性质（与的化学性质（与CO2对比）对比）CO2【温故】SiO2【知新】物质分类物质分类 均属于酸性氧化物均属于酸性氧化物CO2 CaOCaCO3CaOSiO2 =CaSiO
14、3高温CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3 不反应不反应与碱性氧化与碱性氧化物反应物反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应（水玻璃）（水玻璃）不反应不反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O与与HF反应反应（特性）（特性）氢氟酸常用于雕刻玻璃氢氟酸常用于雕刻玻璃常用的矿物胶常用的矿物胶 想一想想一想为什么不用玻璃塞为什么不用玻璃塞呢？（提示：呢？（提示：玻璃中含有玻璃中含有SiO2）光光导导纤纤维维光缆光缆3、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途 压电材料压电材料光导纤维（二氧化硅）光导纤维（二氧化硅）主要主要特性特性主要主要用途
15、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。【课堂小结课堂小结】请用箭头线将下列物质之间的转化关系补充完整（箭头上标明请用箭头线将下列物质之间的转化关系补充完整（箭头上标明与之反应的物质）。与之反应的物质）。Si SiO2 Na2SiO3 CaSiO3【课堂小结课堂小结】下列各反应中硅元素被还原的是（下列各反应中硅元素被还原的是（）A Si+O2=SiO2 B Si+2F2
16、=SiF4 C SiO2+2C=Si（粗硅）（粗硅）+2CO D Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2高温高温加热加热C【练习练习1】下列说法中，错误的是下列说法中，错误的是 ()ASiO2和和CO2都是酸性氧化物，均可与都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应溶液反应BSiO2不能与任何酸发生反应不能与任何酸发生反应CSiO2和和CO2在一定条件下，均可与在一定条件下，均可与CaO发生反应发生反应DSiO2不溶于水，而不溶于水，而CO2可与水反应，生成可与水反应，生成H2CO3【练习练习2】B 有下列溶液：有下列溶液：A、NaOH 溶液溶液 B、HF溶液溶液 C、NaNO3溶液溶液
17、 D、NaCl溶液溶液 其中，能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是其中，能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是 （填字母）只能用塑料瓶盛放的是（填字母）只能用塑料瓶盛放的是 （填字母）（填字母）AB【练习练习4】下列关于物质用途的叙述中，错误的是下列关于物质用途的叙述中，错误的是（）A硅可以用作制造变压器的铁芯材料硅可以用作制造变压器的铁芯材料B二氧化硅可用于制造光导纤维二氧化硅可用于制造光导纤维C石墨可用做绝缘材料石墨可用做绝缘材料 D硅可以用作半导体材料硅可以用作半导体材料【练习练习3】C1 1、了解单质了解单质硅、二氧化硅的存在、性质、用途及硅的工硅、二氧化硅的存在、性质、用途及硅的工业制法业
18、制法;2 2、学会学会“根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质通性通性”的方法，强化的方法，强化“结构决定性质、性质决定用途结构决定性质、性质决定用途”这种元素化合物知识的核心学习模式；这种元素化合物知识的核心学习模式；3 3、以材料为出发点，理论联系实际，特别是通过现代科以材料为出发点，理论联系实际，特别是通过现代科技成就的介绍，激发学习化学的兴趣。技成就的介绍，激发学习化学的兴趣。【回顾反思回顾反思】本节课是否达到我们的学习目标本节课是否达到我们的学习目标？【实践活动实践活动】1、2005年春晚描写两省对联：年春晚描写两省对联：“黄山为九州增黄山为九州增色，瓷器与中国同名色，瓷器与中国同名”。查阅资料或网站回答：。查阅资料或网站回答：“瓷器瓷器”与与“中国中国”的英文分别是什么？两者的英文分别是什么？两者有什么异同？有什么异同？2、查阅陶艺制作的过程，感悟伟大的中华文明。、查阅陶艺制作的过程，感悟伟大的中华文明。（网站（网站http:/
