第三单元　含硅矿物与信息材料教学设计模板

化学1 专题3 从矿物到基础材料

§3-3-1二氧化硅与信息材料

（1课时）

【新课引入】

硅谷（Silicon Valley），位于美国加利福尼亚州北部、旧金山湾区南部，是高科技事业云集的美国加州圣塔克拉拉谷（Santa Clara Valley）的别称。

硅谷是当今电子工业和计算机业的王国，是高科技技术创新和发展的开创者，择址硅谷的计算机公司已经发展到大约1500家。英特尔

、苹果公司、谷歌、脸书、雅虎、惠普、思科、英伟达、甲骨文、特斯拉等高科技公司的总部在这里落户。

为什么人们会把含硅矿物与信息材料联系在一起？

硅是半导体材料；二氧化硅是光导纤维。

碳统治着有机界，硅统治着无机界。

硅常以氧化物（SiO2）的形式存在。

一、二氧化硅：

1. 晶体结构：

如图，书P81

图3-19所示，1个O原子周围有2个Si原子，1个Si原子周围有4个O原子，SiO2是空间网状结构（类似于金刚石）。所以，SiO2有很高的熔沸点和硬度。

2. 物理性质：

熔沸点高、硬度大的固体，难溶于水。

常见的天然SiO2：石英、水晶、玛瑙、沙子、硅藻土。

常见的人造SiO2：玻璃、光导纤维。

3. 化学性质：

从物质的分类角度，二氧化硅属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。总的来说，SiO2不活泼，不与水、酸（HF除外）发生反应。

（1）物质分类：——酸性氧化物；

【对比】酸性氧化物CO2；

（2）与碱性氧化物作用：

CaO + SiO2

CaSiO3

（高炉炼铁中制造炉渣）

【对比】CaO + CO2 = CaCO3

（3）与碱作用：

2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O

（从铝土矿中提取铝）

【对比】2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，常作黏合剂、防腐剂、耐火材料。（用Na2SiO3溶液浸泡过的木材、布料可以防腐、耐火。）

【学生思考】盛放NaOH溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，为什么？

玻璃的主要成分是SiO2，NaOH溶液会腐蚀玻璃，磨口玻璃更易被腐蚀。未经打磨的玻璃，在常温下，与强碱反应缓慢。（盛放NaOH溶液的玻璃试剂瓶不久会变得模糊，不透明。）

~ 1 ~

高温

化学1 专题3 从矿物到基础材料

（4）与水不反应：

【对比】CO2 + H2O = H2CO3

【教师质疑】SiO2不与水反应，为何还被称作酸性氧化物。

酸性氧化物：与水反应生成酸的氧化物或者酸受热失水生成的氧化物。

H2SiO3

SiO2 + H2O 【注意】H2SiO3难溶于水的弱酸，其酸性比H2CO3弱。

【小组合作】如何制备H2SiO3？

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓+ 2NaCl （强酸制弱酸）

Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3↓+ Na2CO3

Na2SiO3 + 2CO2（过）

+ 2H2O = H2SiO3↓+ 2NaHCO3

【演示实验】在试管中加入3-5 mL饱和Na2SiO3溶液，滴入1-2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液变浅

并接近消失时停止，静置。仔细观察变化过程及其现象。

浓度较小的H2SiO3聚合形成胶体溶液——硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状硅酸凝胶，硅酸凝胶干燥脱水变成硅酸干胶，称为“硅胶”。

硅胶的用途：硅胶多孔、吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。

（5）与固体盐的作用：

CaCO3 + SiO2

CaSiO3 + CO2↑

高温Na2CO3 + SiO2

Na2SiO3 + CO2↑

（6）与HF的作用：

SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O 【注意】HF溶液不可用玻璃瓶盛放，一般放置于塑料、铅制容器中。

【应用】雕刻玻璃。

（7）具有弱氧化性：

（高温时可被C还原）

SiO2 + 2C

Si + 2CO↑

【应用】工业上用此法制备单质Si。

SiO2 + 2C

Si（粗硅）

+ 2CO↑

高温

Si + 2Cl2

SiCl4

（液态）分馏提纯而得

高温

SiCl4 + 2H2

Si（精硅）

+ 4HCl 4. 用途：

制光导纤维、电子工业重要部件、光学仪器、耐高温化学仪器。利用石英晶体制造石英电子表、石英钟等。

高温高温△

高温~ 2 ~

化学1 专题3 从矿物到基础材料

二、单质硅性质简介：

1. 存在与分布：

存在：在自然界中，没有游离态的硅，只有化合态的硅。

分布：自然界中分布广泛，在地壳中硅的含量仅次于氧，居第2位，是构成矿物和岩石的主要成分。

2、物理性质：

硅有晶体硅和无定形硅两种。

晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。导电性介于导体和绝缘体之间。熔沸点高、硬度大、良好的半导体材料。

3. 原子结构：

Si+14284

硅原子最外层有4个电子，在化学反应中既不易失电子，也不易得电子，所以化学性质稳定。硅的晶体结构类似于金刚石，所以熔点（1410℃）和沸点都很高，硬度大。

4. 化学性质：

常温下，化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质（如氧气、氯气、硫酸、硝酸等）起反应。在加热条件下，能跟一些非金属反应。

（1）与HF的作用：

Si + 4HF = SiF4↑+ 2H2↑

（2）与NaOH作用：

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

5、碳硅化合物的化学性质对比：

（1）硅单质的特殊性：

①硅的还原性强于碳，但高温时碳却能还原出，SiO2 + 2C

Si + 2CO↑；

②非金属单质与碱溶液反应一般不生成氢气，但2Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑；

③非金属单质一般不与非氧化性强酸反应，但Si + 4HF = SiF4↑+ 2H2↑；

④非金属单质大多数为绝缘体，但硅为半导体。

（2）含硅化合物的特殊性：

①SiO2为酸性氧化物，但其不与水反应，故不能直接与水作用制备硅酸；

②酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O；

③无机酸一般易溶于水，但硅酸难溶于水；

④酸性：H2CO3 > H2SiO3；

水溶液中，Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3↓+ Na2CO3；

而高温时，Na2CO3 + SiO2

高温高温

Na2SiO3 + CO2↑。

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