Transcript 对外公开课：二氧化硅与信息材料

江苏省华罗庚中学
胡珺晶
近年来, 温馨可爱
的“苹果花”已成为人
们放在案头上、汽车
内的时尚饰品。你看,
两片绿色厚润的叶片
和中心花朵会不停地
欢快摆动,趣味十足。
同学们，你们知
道是谁为“苹果花”提
供了源源不断的动力
吗?
1）NO WATER:
Please do not give water.
2)BATTERYLESS:
Batteries are not required.
3)SOLAR BATTERY:
It works by the energy of light.
动力之源是来自光能吗？
此即为硅太阳能电池,
它设有阳光IC 接收口,
采光度强,利用弱光型太
阳能电池的供电原理,
只要一点点光,花儿就能
开放。 以太阳能为动力
的设计除让它实用、可
爱之外,更显环保, 且没
有动力不足的后顾之忧,
助您拥有一份好心情！
思考:硅太阳能电池能将太阳能直接转变成电能,
有何更了不起的作用？宇宙飞船入轨后,谁为其提
供源源电力？
卫星的翅膀
未来的汽车
（拖着长尾巴太阳能电池板）
关于硅，同学们还了解哪些？
硅谷( Silicon Valley)位于美国加利福尼亚州的旧金山的一条狭长
地带, 是美国最重要也是世界最为知名的电子工业基地。现在世
界上许多国家也喜欢把本国的电子工业集中地比作“某国的硅
谷”。
集
成
电
路
硅芯片是各种计算机
及电子产品的核心
一、硅
1.硅的用途：
• 制光电池；
• 制集成电路、晶体管、硅整流器等的半
导体材料
你知道吗
人们最早使用的半导体材料是锗（Ge)，
但目前广泛选择(95%以上)硅做半导体材
料，为什么?
你认为选择合适的半导体材料应从哪几
个角度考虑?
硅在自然界中是以怎样的方式存在呢？
Si-26.30%
O-48.60%
Al-7.73%
2.自然界的存在
资料卡：
硅：silicon 名称由来：源自英文silica意为“硅
石”，指天然存在二氧化硅的总称。
硅，无游离态，在自然界主要以二氧化硅以及硅酸盐
形式存在，在地壳中含量居第二位。
你知道吗？
半导体行业有句话：从沙滩到用户，从这句话中你
知道制备硅的原料是什么吗？
工业制法：在电炉中用焦炭还原二氧化硅
高温
SiO2+2C == 2CO↑ +Si
高温
思考:
（1） 该法制得的硅可能含有哪些杂质?
（2）如何进一步提纯？
高温
3、硅的制备
（1）粗硅制法：
高温
SiO2+2C===Si+2CO↑
(2) 高纯硅制法:
a)用硅在高温下与氯气反应得到SiCl4
b)将生成的SiCl4经提纯后,再用氢气将硅还原出来
高温
粗硅提纯：
Si+2Cl2===SiCl4
高温
SiCl4+2H2===Si+4HCl
资料卡：
SiCl4：密度1.50。熔点-70℃。沸点57.6℃。溶于四氯化碳、
四氯化钛、四氯化锡。对皮肤有腐蚀性。
1
你见过硅吗？硅的物理性质如何？
4.物理性质
(l)熔、沸点高(熔点：1410oC 沸点:2355oC)
(2) 有金属光泽、灰黑色、硬度大
(3) 导电性:介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
5. 硅的化学性质
（1）常温下，硅的化学性质不活泼，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。
（2）但是，在加热条件下，能跟一些非金
属反应。
Si+O2==SiO2
Si+2Cl2==SiCl4
（3）常温下能与氟气（F2）、氢氟酸
（HF）反应 。
Si+2F2=SiF4
Si+4HF=SiF4↑ +2H2 ↑
Si+H2O+2NaOH=Na2SiO3+2H2 ↑
硅矿山
二氧化硅
(SiO2)
硅石
二氧化硅广泛存
在于自然界中，
与其他矿物共同
构成了岩石。天
然二氧化硅也叫
硅石，是一种坚
硬难熔的固体。
硅
藻
土
二、二氧化硅
1.存在形式：沙子、
石英、水晶、硅藻土等
2、物理性质
二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化
物。耐高温，耐腐蚀，不溶于水。
二氧化硅的化学性质如何呢？学习一种新
物质的性质我们往往可以找一种熟悉的、跟
它比较有可比性的物质进行对比学习。你觉
得应该找哪一种物质进行对比学习？讲讲你
的理由？
SiO2与CO2的比较
物
质
与水反应
与酸反应
CO2
SiO2
CO2+H2O = H2CO3
不反应
不反应
与碱反应 CO2+2NaOH=
与碱性氧化
物反应
与碳反应
与镁反应
与石灰石
反应……
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
Na2CO3 +H2O
SiO2+2NaOH=
Na2SiO3 +H2O
CO2+CaO = CaCO3
高温
SiO2+CaO == CaSiO3
高温
CO2 + C == 2CO
高温
SiO2 + 2C == Si + 2CO↑
• 你知道什么是“信息高速公路”吗？
信息高速公路的路面是用光纤铺成的，光的速度，零
的距离，海的容量，瞬间传导全世界！
今天，我们可以足不出户，只要轻轻点击鼠标或键盘，
就可以向远隔万里的亲友致以问候，向瞬息万变的世界传
递信息。是谁为之立下汗马功劳？
你知道谁被誉为“世界光纤之父”吗？
高锟，华裔物理学家，生于中国
上海，祖籍江苏金山（今上海市
金山区），拥有英国、美国国籍
并持中国香港居民身份，目前在
香港和美国加州山景城两地居住。
高锟为光纤通讯、电机工程专家，
华文媒体誉之为“光纤维之父”、
普世誉之为“光纤通讯之父”
（Father of Fiber Optic
Communications），曾任香港
中文大学校长。2009年，与威拉
德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密
斯共享诺贝尔物理学奖。
光导纤维
二氧化硅的用途
光
学
纤
维
胃
镜
4、二氧化硅的用途
石 英 制 品
开
心
辞
典
这里有六个问题，你想回答哪一个？
幻
42
2幻灯片１３:幻灯片 29
幻 灯 片 29 幻 灯 片 25
５
灯
片
4
石器——燧石取火
传
人
统
类
材
硅酸盐——水泥、玻璃、陶瓷
文
料
明
发 二氧化硅——光导纤维
新信
展
型息
史 单晶硅——集成电路
材材
料料
考考你！
实验室现提供下列试剂瓶:
①细口磨口塞玻璃瓶
②广口瓶
③细口橡皮塞玻璃瓶
④棕色广口瓶
⑤细口塑料瓶
如果你是实验室管理员,你将如何存放下
列药品?你的依据是什么?
①
③
A .氢氧化钠溶液____ B .浓硫酸______
④
⑤
C .硝酸银晶体_____ D .氢氟酸___
②
E .二氧化硅____
实验室盛装NaOH
溶液的试剂瓶用橡皮塞
而不用玻璃塞，你知道
为什么吗？
防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液
反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞
和瓶口粘在一起
3.下列物质中能与SiO2起化学反应的是（ c ）
①浓硫酸 ②H2O ③盐酸 ④氢氟酸
⑤KOH溶液 ⑥氧化钙
A、①②⑥
B、②④
C、④⑤⑥
D、③④⑤⑥
4.硅藻土由无定形的SiO2组成，含有少量Fe2O3
及有机物等杂质。通常呈浅黄色或浅灰色，
质软多孔，请设计合理的工业流程，用硅藻
土制备纳米二氧化硅。
信息提示：大多数有机物易燃；硅酸（H2SiO3)难溶于水，酸性比
碳酸弱;硅酸加热到150℃以上时分解为二氧化硅和水。
例：CaCO3
高温
CaO
H2O
Ca（OH）2
5.写出用二氧化硅和焦炭制备粗硅的
化学反应方程式,并指出氧化剂和还原
剂。
高温
SiO2+2C==Si+2CO↑
氧化剂
还原剂
6.硅酸是一种酸性比碳酸还弱的酸。酸性氧化物与水
反应，利用较强酸制较弱酸原理，用可溶性盐与较强
的酸反应。实验室能否用二氧化硅能与水反应制取硅
酸？如若不能，请另行设计制取路线。
高温
H2O
例：CaCO3
CaO
Ca（OH）2