【第七章】硅及其重要的化合物

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中国誉称“瓷国”。陶瓷是我中华民族一项最伟大的创造，具有悠久而辉煌的历史。原始陶器大约是1万年前出现在中国。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志，秦兵马俑的制造展示了当时制陶规模和高超的动手术与艺术水平。

秦兵马俑图片或录像。

瓷器在东汉晚期发明，到宁朝形成了举世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、“定”、“官”几大名窑，其制品工艺之精湛达到“青如天”、“薄如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。

古陶器的图片或录像。

观看兵马俑图片或古瓷器图片、录像等。

设问

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讲解

你能否举出在现代社会中含硅元素的无机非金属材料吗？

体现现代文明的无机非金属材料的图片，如：加上“硅窗”的保鲜袋，超导材料，电子陶瓷，集成电路等。

能源、材料、信息，是文明的三大支柱。而能源问题的解决和信息社会飞速发展的前提是能源材料、信息材料的突破。硅在现代电子，航空航天，敏感材料，超导材料中起着十分重要的作用。我国正努力夺回世界材料科学的领先地位，再创中国材料科学的辉煌。

回答：含硅元素的无机非金属材料有用于制造电脑的半导体材料如晶体管、集成电路，用于信息传递的光导纤维。玻璃、水泥以及超导材料等到。

联想我国古代历史发明的辉煌的同时，了解当代国内外新技术，新成果，以及我们与世界先进水平的差距。

设问

讲述

谁知道硅在地壳中的含量？谁又知道硅在宇宙范围内的存量？

硅在地壳中的含量为27.72%，仅次于氧居第二位。在宇宙范围内，硅的存量次于氢、氦、碳、氖、氧、氮，占第七位。

回答：硅是自然界中分布很广的一种元素，它的含量仅次于氧居第二位。在宇宙范围内的存量不清楚。

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阅读课本第3页，第一、二自然段。

一、硅在自然界中的存在形式

人类虽然在一万年前制出了陶器，五千年前古埃及人发明了玻璃。而人类真正认识硅元素是在1823年由瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获得单质硅的。

硅晶体样品或彩图。

请同学描述一下单质硅的色态？

阅读后归纳课本内容并回答：在自然界中无单质形式存在的硅，只有化合态硅。硅是构成矿物和岩石的主要元素。

回答：硅是灰黑色有金属光泽的固体。

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硅的物理性质

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投影提问

在当今时代人们已能通过仪器观察一些物质的原子排列状况，1990年美国等少数国家首先在

-296℃的低温下移动了原子。

1993年中国生物学院真空物理实验室在常温下以超真空扫描隧道显微镜为手段，通过用探针拔出硅晶体表面硅原子形成约2nm的汉字中国图片。

（见附1）

硅晶体结构平面图。

1．画出平面图中硅晶体的最小结构单元。

2．画出最小结构单元的立体结构示意图。

金刚石晶体球棍模型

在金刚石和硅晶体结构中，由碳原子或硅原子直接相连形成的最小环上有_____个碳原子或有____个硅原子。相邻的Si—Si键角_______，相邻的

C—C键角_______。

回答：最小的碳原子环上有6个碳原子。同样最小的硅原子环上有6个硅原子。键角均为109°18′

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键长

键能

晶体硅

2.35×10 m

222KJ/mol

金刚石

1.55×10 m

345KJ/mol

提问

通过以上对硅晶体与金刚石晶体结构的对比，请你分析一下结构对它们主要物理性质的影响？

回答：硅晶体与金刚石同属原子晶体，均为四面体结构，并向空间无限伸展成空间网状结构。它们的物理性质特点为硬度大，熔、沸点高。但金刚石的键长短，键能大，所以其硬度，熔、沸点高于晶体硅。

设问

总结

晶体硅、金刚石、二氧化硅、碳化硅同属原子晶体，请同学们讨论一下这四种晶体的熔、沸点高低顺序？

晶体硅的物理性质：

1．硅的熔、沸点高，硬度大。

2．由于硅原子半径大外层电子受核引力较小，因而是具有一定导电能力的半导体。与处于两性线附近的锗一样，是重要的半导体材料。

讨论思路：

1．构成原子晶体的微粒为原子；

2．晶体内结合力取决于原子间形成的共价键的键长和键能；

3．周期表中                             各原子位置。

得出结论：

原子半径：                Si>C>O

键长：C—C<Si—O<Si—C<Si—Si

键能：C—C>Si—O>Si—C>Si—Si

熔沸点：

金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅

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归纳总结

我们知道，碳在常温下化学性质很稳定，在高温下能跟氧气等物质反应。下面请同学们根据所学碳以及元素周期律知识，讨论归纳出一些硅的化学性质？

碳、硅化学性质对比表（见附2）

碳、硅为ⅣA元素，最外层4个电子，容易形成共价化合物。在化学性质上的相似点：常温时性质稳定，加热时可与O₂、Cl₂、H₂等许多非金属反应。碳和硅都具有还原性。硅可用做炼钢时的脱氧剂。不同点：SiH₄不如CH₄稳定。硅可与氯气直接反应，碳不能与氯气直接反应，硅，的非金属性比碳弱。另外硅在常温下可与氢氟酸、强碱反应，碳则不能。

学生可能的回答：

1．硅、碳同属ⅣA元素，最外电子层有4个电子。所以硅的化学性质与碳相似。容易形成共价化合物。

2．也可发生的反应。

Si+O₂ SiO₂

将碳、硅化学性质对比表记录于笔记中。

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提问

四、硅的制法

课本第四页

用适量碳还原二氧化硅得到粗硅。将粗硅与氯气在高温下反应，得液态不纯的四氯化硅，经分馏提纯用氢气还原即可得纯硅。

写出以上各步制纯硅的化学反应方程式？

根据所讲的知识写出化学反应方程式：

2C+SiO₂ Si+2CO↑

Si+2Cl₂ SiCl₄

SiCl₄+2H₂ Si↓+4HCl

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小结

五、硅的用途

硅的应用树状图（或用电脑制作的课件来代替）。（见附3）

在科学家们的努力下，新思维、新方法层出不穷。人们正朝着按人的意志安排一个个原子的目标冲刺，多少奇迹展现眼前。到寻时新材料的研制和生产就像《一千零一夜》里的阿拉丁神灯一样，几乎无所不能，样样遂人心意地安排。

指导学生归纳本节内容。

观察与思考。

回忆本节课所学内容，师生共同总结。