2019年高中化学 第四章 元素与材料世界 第1节 硅、无机非金属材料学案 鲁科版必修1.doc
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1、1第第4 4章章 第第1 1节节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容: 第4章 第1节 硅 无机非金属材料二. 教学目的 1、掌握硅及二氧化硅的重要性质,了解其应用。 2、体会物质的性质与材料性能的密切关系。 3、认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。三. 教学重点、难点 硅及二氧化硅的性质四. 知识分析 (一)导体材料与单质硅 1、半导体材料半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗 ,但因其含量低,提炼工艺复杂,价格昂贵,而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体 材料是硅元素,在地壳中含量居第二位,该元素全
2、部以化合态存在于自然界中,储量丰富 。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。 2、单质硅(1)物理性质:单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色,有金属光泽,硬而脆 ,熔点很高(1410),是良好的半导体材料。(2)化学性质: 常温下不活泼,只与F2 及HF 和强碱反应。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。Si + 2F2 SiF4 Si + 4HF SiF4 + 2H2 Si+ 2NaOH + H2O Na2SiO3 +2 H2 Si+ O2 SiO2 Si + 2Cl 2 SiCl4 (3)硅的制备 由于自然界中没有单质硅的存在,因此我们使用的硅,都是从它的化合物中提取的。 在工业上,
3、用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅,将粗硅提纯后 ,可以得到半导体材料的高纯硅。制粗硅: SiO2 + 2C 高温 Si + 2CO 制高纯硅: Si + 2Cl2 SiCl4 SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl (4)硅的用途:硅可用来制造集成电路,太阳能电池,硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯,耐酸 设备等。 思考:判断下列说法是否正确: 非金属单质不能与碱液反应放出氢气2 非氧化性酸不能与非金属单质反应 自然界中含大量的硅单质,其含量仅次于氧 (解答: )(二)二氧化硅与光导纤维1、二氧化硅的存在二氧化硅广泛存在与自然界中,常见的有沙子石英和水晶,另外二氧
4、化硅也是构成岩石的 重要成分。2、二氧化硅的物理性质纯净的二氧化硅晶体呈无色,熔点高,硬度大,不溶于水,也不溶于其他一般的溶剂。3、二氧化硅的化学性质二氧化硅化学性质不活泼。是一种酸性氧化物。常温下与氢氟酸反应,与碱溶液缓慢反应 ,高温下与碱性氧化物反应。Si O2+ 4HF SiF4 + 2H2O SiO2+ 2NaOH Na2SiO3 + H2 OSi O2 + CaO 高温 CaSiO3 注意: 氢氟酸不能保存在玻璃瓶中,应保存在塑料瓶中。NaOH 溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中,应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。 4、二氧化硅的用途 (1)石英可用于制作石英表和石英玻璃。 (2)石英
5、砂常用作制薄玻璃和建筑材料。 (3)水晶常用来制造电子部件、光学仪器和工艺品等。 (4)SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料 光导纤维,光导纤维除用于通讯外,还可用于能量传输,信息处理遥测遥控和医疗器械( 如光导纤维内窥镜)制造等方面。 光导纤维作为通讯材料的优点是克服了声音信号和图像信号在铜丝和铝丝这两种传统 媒介中传播损耗大的缺点,并节约了大量的金属资源。(三)硅酸盐与无机非金属材料1、硅酸 硅酸为白色粉末状固体,不溶于水,其酸性比碳酸还弱(也可由硅的非金属性比碳弱 推出),其化学式为H2SiO3。SiO2是硅酸的酸酐,但 SiO2 不溶于水,所以不能用 SiO2 与水直接反应得到 H
6、2SiO3而只能用可溶性硅酸盐与酸反应制得。如: Na2SiO3 + CO2 + H2O Na2CO3 + H2SiO3H2SiO3 在加热条件下失水变为SiO2 : H2SiO3 SiO2 + H2O 2、硅酸盐 (1)硅酸盐在自然界中的存在 硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分,自然界中存在的各种天然硅酸盐矿石,约占地 壳的5,粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多,常见的有高岭土和一般粘土,前3者含杂质较少,后者含杂质较多。 (2)硅酸盐组成的表示方法 硅酸盐的种类很多,结构复杂,无论是天然的还是人工制成的硅酸盐,其组成的表示 方法有两种。 化学式法: 一般用于组成较简单的硅酸盐。如: 硅
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