第三单元　含硅矿物与信息材料优秀教学设计说课稿

《含硅物质与信息材料》

【学习目标】

1.理解硅、二氧化硅和硅酸钠的物理、化学性质。

2.掌握硅的制备、硅、二氧化硅和硅酸盐的应用。

【先聊聊】

硅在地壳中含量仅次于氧。当你呆在房子里的时候，你被硅元素包围了——建房子用的水泥、沙子、玻璃和瓷砖等都是含硅元素的物质；当你捧起饭碗想吃饭时，硅元素碰到了你的嘴边——常用的陶瓷也都是硅酸盐产品；当你想上网时，电子信息是在含硅的光导纤维和电脑CPU的芯片（硅片）中进行传输和处理的；方兴未艾的太阳能采集，是在硅片上实现光电转化的。正因如此，硅元素被誉为“21世纪元素”。硅元素的开发使用铸就了信息革命的基石，推动人类文明进入到信息时代。

一、硅酸盐

硅酸盐是岩石和泥土的主要成分。在石器时代，人类就开始使用硅酸盐材料做工具（各种石材多半都是硅酸盐）。陶瓷、砖瓦、常用玻璃、水泥等主要成分都是硅酸盐。这些硅酸盐工业产品在现代社会仍然具有很大的使用量。

问题1：以硅酸钠为例，对硅酸盐做进一步研究：

⑴用氧化物的形式表达Na2SiO3的组成：

⑵Na2SiO3的水溶液俗称为水玻璃，是一种常用的粘合剂。用“水玻璃”浸泡的物品既耐腐蚀又不易着火。这些性能与其在空气中的变质过程有关（提示：硅酸H2SiO3不溶于水，酸性比H2CO3弱），写出变质过程的化学方程式：

.

二、二氧化硅

问题2：石英砂的主要成分是SiO2，水晶则是比较纯净的SiO2（有很好的光学性能）；河里的沙子是高山上的岩石经过漫长时间的风化和流水的冲洗最后得到，沙子是重要的建筑材料（“水泥砂浆”）。根据这些信息，想想SiO2具有怎样的物理性质？

SiO2坚硬、熔点高、不溶于水，不能和水反应。可由硅酸分解得到，因此，硅酸（H2SiO3）是SiO2对应的水化物。天然水晶无色透明、有规则的几何外形，具有很好的透光性和折光率，适合制作高级镜头等光学元器件。

问题3：美籍华人高昆被誉为“光纤之父”，1965年他提出用石英基质的纤维（主要成分就是SiO2，被称为“光导纤维”）代替电线来传递信息将带来信息传输的一场革命。在今天，光导纤维已经将全世界的人联系在一起。高昆也因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

问题4：SiO2属于酸性氧化物，其所对应的水化物是H2SiO3，根据酸性氧化物的性质，解决下列问题。

⑴

下列物质能和SiO2反应的是哪些？（打“√”或“×”），写出反应的化学方程式。

①盐酸（

）

；②水；（

）；③NaOH；（

）；④CaO（

）。

⑵工业制普通玻璃的主要原料石英砂，此外还有石灰石（较少）和纯碱（较少）。将三种物质混合，在高温下熔融，生成Na2SiO3、CaSiO3和一种气体。写出制备玻璃的主要反应方程式。

①石英和CaCO3反应：

②石英和Na2CO3反应：

③普通玻璃的成分是：

⑤将石英融化冷却即能得到“石英玻璃”，其的成分是

⑶用玻璃试剂瓶盛装烧碱等碱性物质会导致瓶口和玻璃瓶塞之间粘连在一起而无法打开，试解释其原因：

，

解决的办法是：

。

问题5：玻璃工艺品上精美的图案是怎样雕刻上去的？其原理和腐蚀铜电路板是十分相似：先将不需要刻掉的部分用石蜡覆盖保护，把需要刻掉的部分暴露在外，再撒上氢氟酸（HF的水溶液），一段时间后，暴露的部分就被腐蚀挥发掉，再洗去石蜡，图案就自动浮现。试写出雕刻玻璃的化学方程式：

三、单质硅

电脑和手机中都装配有硅片做成的微处理器。这种应用是基于硅是坚硬、稳定的半导体材料。在一片小小硅片上能刻制出大规模集成电路。此外，硅片也是太阳能电池的重要材料，硅电池能实现光电转化。那么，如此重要的精硅是如何制造出来的呢？说起来令人惊讶。高纯硅竟是用普通的河沙制备而成。流程如下。写出河沙和C在高温下反应生成CO和粗硅的化学方程式：

④将普通玻璃加热至红热状态再急剧冷却就能得到“钢化玻璃”，“钢化玻璃”的成分是