含硅矿物与信息材料use
3.3《含硅矿物与信息材料》
《含硅矿物与信息材料》教案第一课时硅酸盐矿物与硅酸盐产品一、教学研究教学片断:自然界中硅的存在[课前准备]学生通过不同途径寻找身边含硅物质的图片、实物和资料。
[课堂教学](1)学生展示各自收集的材料，交流讨论硅在人类生产生活中的广泛应用。
(2)请学生将寻找到的含硅物质进行分类，交流分类的结果。
可以引导学生发现物质的不同分类标准，体验分类对研究物质的作用。
(3)引导学生进一步研究收集的资料，探究相关的问题，如硅酸盐的表示形式、硅酸盐产品的制备、含硅物质的性质等。
(4)相互交流并共同解决相关问题。
对课堂无法解决的问题可以留为作业，课后由学生通过查阅资料进行自主学习探究。
二、知识拓展硅在高新技术中的应用单晶硅作为半导体器件的核心材料，大大地促进了信息技术的革命。
自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速发展。
到1996年全球半导体产业销售额达到1 410 亿美元，而其中单晶硅材料的销售达到74亿美元。
信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。
从目前情况来看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。
据估计在21世纪内，硅仍然会占半导体材料的95%以上。
微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。
采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出含有多达10万~20万种DNA基因片段的芯片。
利用这种芯片可以在极短的时间内检测或发现遗传的变化情况。
这无疑对遗传学研究、疾病诊断与治疗、转基因工程等具有极其重要的作用。
第二课时二氧化硅与信息材料教学片断:二氧化硅的性质。
《含硅矿物与信息材料》 作业设计方案
《含硅矿物与信息材料》作业设计方案一、作业目标1、让学生了解常见含硅矿物的种类、成分和性质。
2、帮助学生掌握硅及其化合物在信息材料领域的重要应用。
3、培养学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力。
4、增强学生对化学与生活、科技紧密联系的认识，激发学生学习化学的兴趣。
二、作业内容（一）知识巩固类作业1、请写出常见含硅矿物的名称、化学式，并简述其主要物理性质和用途。
石英（SiO₂）：硬度大，无色透明，常用于制造玻璃、陶瓷等。
水晶（SiO₂）：纯净透明，常被用于制作珠宝首饰。
玛瑙（SiO₂）：具有美丽的颜色和纹理，可用于制作装饰品。
2、简述硅单质的物理性质和化学性质，写出相关的化学方程式。
物理性质：灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大。
化学性质：常温下化学性质不活泼，加热时能与氧气等反应。
化学方程式：Si ＋ O₂＝ SiO₂（加热）（二）实践探究类作业1、参观当地的玻璃厂或陶瓷厂，了解含硅矿物在工业生产中的实际应用，并撰写一篇参观报告。
报告内容包括工厂的生产流程、使用的原料、主要设备等。
2、进行实验探究：硅酸钠溶液的防火性能。
实验步骤：准备硅酸钠溶液，将木条或滤纸浸泡其中，取出晾干后点燃，观察现象。
（三）拓展阅读类作业1、查阅资料，了解硅在半导体行业的发展历程和最新研究成果，写一篇短文介绍。
2、阅读有关新型信息材料的科普文章，如石墨烯、量子点等，比较它们与硅材料在性能和应用上的异同。
（四）创意设计类作业1、假设你是一名材料科学家，设计一种基于硅材料的新型信息产品，并画出设计图，简述其功能和优势。
2、以“硅与未来信息技术”为主题，创作一篇科幻小故事。
三、作业形式1、书面作业：包括简答题、论述题、实验报告、短文写作等。
2、实践作业：参观、实验探究等。
3、创意作业：设计图、科幻故事等。
四、作业时间安排1、知识巩固类作业：每次课后布置，预计完成时间 30 分钟。
2、实践探究类作业：利用周末或节假日进行，预计完成时间 2 3 小时。
苏教版高中化学必修一3.3.0 含硅矿物与信息材料
SiCl4
SiCl4+2H2 4.硅的化学性质
Si+4HCl
常温下，硅性质稳定，与氧气、氯气、硝酸、硫酸等都很难反
应。但能与NaOH溶液反应。
含硅矿物与信息材料
生活常第识7 页
光纤是现代信
息技术中的又
一重要角色。
1966年前香港中文大学校长高锟和George A.Hockham，在标准电话实验室共同提出光纤可以用 于通讯传输的设想，两人因此获得2009年诺贝尔物理 学奖，高锟也被誉为“光纤通讯之父”。
含硅矿物与信息材料
第 23 页
(2)碳化硅材料硬度高、耐磨削、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、高热导率、
高化学稳定性，因此用途广泛。工业上利用高纯度石英砂和焦炭在电阻
炉内生产碳化硅。 ①该反应的化学方程式为______S_iO__2_＋__3_C_=高_=_温=__S_iC__＋__2_C_O_________；
学习新第知16 页
宜 兴 窑
时大彬款紫砂雕漆四方壶 故宫博物院藏(明)
景 德 镇 窑
青花双凤纹玉壶春瓶 国家博物馆藏(元)
含硅矿物与信息材料
四、硅酸盐产品 3.水泥 生产原料： 主要原料：黏土、石灰石 辅料：石膏 生产设备： 水泥回转窑
学习新第知17 页
含硅矿物与信息材料
四、硅酸盐产品 4. 玻璃(以普通玻璃为例)
生产原料：石灰石、纯碱、石英 生产设备： 玻璃熔炉 主要成分： Na2O·CaO·6SiO2 主要反应：
Na2CO3+SiO2 CaCO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑ CaSiO3+CO2↑
学习新第知18 页 玻璃熔炉与工业机器人
含硅矿物与信息材料
含硅矿物与信息材料
含硅矿物与信息材料1. 引言1.1 背景介绍含硅矿物是一类含有硅元素的矿石，广泛存在于地球的地壳中。
硅元素是一种重要的工业原料，具有很高的科技应用价值。
信息材料是一类在信息技术领域中应用的材料，具有良好的电子、光学、热学性能，能够满足信息处理和传输的需求。
本文将探讨含硅矿物与信息材料之间的关系和应用领域，介绍一些常见的含硅矿物和信息材料的特性、制备方法以及在不同领域中的应用。
2. 含硅矿物的特性和应用2.1 含硅矿物的特性含硅矿物主要是指含有硅元素的矿石，常见的有石英、云母、长石等。
这些矿物在自然界中广泛存在，具有一些独特的物理、化学性质。
石英是最常见的含硅矿物之一，具有高硬度、高耐热性、优异的光学特性和电子特性。
石英晶体可用于制作光纤、玻璃器件、半导体器件等。
云母是一类具有层状结构的含硅矿物，具有良好的电绝缘性能和热稳定性，广泛用于电子、电力和建筑领域。
长石是一类常见的硅铝酸盐矿物，具有广泛的应用，如制陶、建筑材料等。
2.2 含硅矿物在信息材料中的应用含硅矿物作为信息材料的重要组成部分，具有良好的光学、电子、热学性能。
在信息技术领域中，含硅矿物的应用非常广泛。
光学材料是信息技术领域中的重要组成部分，石英是一种常用的光学材料，可应用于光纤通信、激光器、光学透镜等领域。
石英具有低损耗、高透明度、稳定性好等特点，是光学器件制备中不可或缺的材料。
电子材料是信息技术领域中的关键材料，含硅矿物具有良好的电子性能，可用于制作半导体器件、电子显示器、太阳能电池等。
如硅是最常用的半导体材料，广泛应用于集成电路、光电器件等领域，云母的层状结构使其具有良好的电绝缘性能，可用于制备电容器、绝缘材料等。
热学材料在信息技术领域中也占据重要地位，含硅矿物具有优异的热传导性能，可应用于散热器、散热介质等。
例如石英热板具有高热传导率和低热容，能够有效地散热，广泛用于电子设备、车辆发动机等领域。
3. 信息材料的特性和制备方法3.1 信息材料的特性信息材料是一类能够满足信息处理和传输需求的材料，具有一些独特的特性。
第三单元含硅矿物与信息材料
请写出硅与氧气、氯气、 NaOH反应的化学方程式。
太阳能电池板
硅晶体管
硅钢片
思考2：从类别的角度分析SiO2可能具有怎样的化 学性质？
二氧化硅化学性质： 化学性质很稳定，不活泼，除氢氟酸外不与其它 酸反应，但能与碱性氧化物或强碱反应。
请写出以下化学反应方程式 1、SiO2与CaO反应 SiO2+CaO 高=温= CaSiO3 2、SiO2与NaOH溶液反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 3、SiO2与HF反应（生成四氟化硅气体与水） SiO2+4HF= SiF4↑ +2H2O
制取纯硅:
Si+2Cl2 高=温= SiCl4 SiCl4+2H2 高==温 Si+4HCl
思考5：单质硅具有怎样的性 质？有哪些用途？
硅晶片生产
五、硅的性质
1、物理性质： 熔、沸点都很高，硬度很大
晶体硅的结构
金刚石的结构
2、化学性质：
常温比较稳定，常温下与氧气、氯气、硝 酸、硫酸等物质都很难发生反应，但能和F2 直接化合生成SiF4,也能和强碱反应生成硅酸 盐和氢气。
高岭石 Al2Si2O5(OH)4 钠长石 NaAlSi3O8
Al2O3‧ 2SiO2 ‧ 2H2O Na2O ‧ Al2O3 ‧ 6SiO2
二、硅酸盐产品
水泥
陶瓷
玻璃
水泥
玻璃
陶瓷
主要原料 主要设备
石灰石 黏土
适量石膏
水泥回转窑
纯碱 石灰石 石英
玻璃熔炉
黏土
\
反应条件 主要成分 主要性质
高温
高温
硅是带来人类文明的重要元素！
1-3-3含硅矿物与信息材料教案
第三单元含硅矿物与信息材料3-3-1 硅酸盐矿物与硅酸盐产品【教学目标】1、了解硅在自然界的存在形式，了解硅及其化合物的应用与人类文明开展的密切关系。
2、了解硅酸钠的有关知识。
3、了解传统的硅酸盐材料，激发学生学习兴趣，增强学生研究、探索、发现新材料的意识；体会“化学――人类进步的关键〞这句话的思想内涵，增强学生学习化学的兴趣。
【教学重点】了解传统的硅酸盐产品。
【教学难点】了解传统的硅酸盐产品。
【教学过程】[引入]〔1〕硅元素在地壳中的含量怎样？〔2〕硅元素在自然界主要有哪些存在形式？[过渡]硅元素在自然界中广泛存在，主要是硅酸盐和二氧化硅的形式，下面我们先来了解硅酸盐的有关知识。
[板书]一、硅酸盐的构造[展示]自然界中的一些硅酸盐的图片及化学式；[讲述]硅酸盐的构造相当复杂，通常人们用氧化物的形式表示它们的组成。
[过渡]在硅酸盐中，硅酸钠是极少数溶于水中的一种，用途广泛，下面我们先来学习它的有关知识。
[板书]二、硅酸钠〔Na2SiO3〕硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃〞，是一种常用的黏合剂。
[讲述]人们常用水玻璃浸泡木材、纺织品，使其既耐腐蚀又不易着火。
[过渡]在丰富的硅酸盐中，除硅酸钠外，其它的在工农业生产中的作用如何？下面我们来了解传统的硅酸盐产品的有关知识。
[板书]三、硅酸盐产品〔传统材料〕[展示]玻璃、水泥、陶瓷的生产简介。
[小结]通过刚刚的介绍，我们已经了解到硅酸盐产品传统材料在人类文明开展和社会进步的历程中，起到了很大的推动作用。
[板书设计]一、硅酸盐的构造二、硅酸钠〔Na2SiO3〕硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃〞，是一种常用的黏合剂。
三、硅酸盐产品〔传统材料〕玻璃、水泥、陶瓷3-3-2二氧化硅与信息材料【教学目标】1、了解硅、二氧化硅的存在与性质，认识硅及其化合物在生活实际中的重要应用。
2、知道二氧化硅的物理性质和化学性质。
了解二氧化硅的制品在高科技信息产业中的应用。
3、要求学生查阅资料，学会通过查阅资料来获取知识的学习方法,培养对新旧知识进展归纳比拟的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力【教学重点】二氧化硅的性质。
含硅矿物和信息材料
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含硅矿物和信息材料
•巩固练习
• 如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐 • 石棉：CaMg3Si4O12 • 长石：KAlSi3O8 • 普通玻璃： CaNa2Si6O14
•3MgO·CaO·4SiO2 •K2O·Al2O3·6SiO2 •Na2O ·CaO·6SiO2
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含硅矿物和信息材料
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含硅矿物和信息材料
•
古 埃 及 玻 璃 制 品
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•
战 国 中 晚 期 玻 璃 璧
含硅矿物和信息材料
•满城汉玻璃耳杯
•
广 西 贵 县 出 土 的 玻 璃 杯
•
隋 李 静 训 墓 出 土 的 玻 璃 圆 盒
• 魏晋南北朝的玻璃钵
•
网 纹 玻 璃 杯
• •
河 北 北定 宋县 玻静 璃志 杯寺 出 土 的
•
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•二氧化硅结构
含硅矿物和信息材料
•1、二氧化硅的化学性质
•①与水反应 •SiO2+H2O≠
•②与强碱反应： •SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
•③与碱性氧化物反应
•高温
•SiO2+CaO = CaSiO3
•④ 与HF的反应：•SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
•高温
•⑤制粗硅SiO2+2C = Si+2CO↑（粗硅）（弱氧化性）
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含硅矿物和信息材料
•2、硅酸（H2SiO3）
•不溶于水酸性比酸还弱。
•Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 ↓ +NaCl
含硅矿物与信息材料
SiO2 + CaCO3 == CO2 + CaSiO3
④不与酸反应（除氢氟酸以外）
你知道吗？玻璃花雕刻工艺和我们化学有 什么深厚的合作关系？
SiO2 + 4HF == SiF4 + 2H2O
⑤弱氧化性
高温
SiO2 +2C === Si + 2CO
3.硅的制取
高温
制取粗硅:SiO2+2C = Si+2CO↑
（2）氮化硅的化学式 Si3N4
C.制永久 ；
（3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外它不 与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀 的化学方程式是 Si3N4 + 12HF == 3SiF4 + 4NH3 .
10．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其 中的可溶部分生成。此处所指的风化作用是指矿 物与水和二氧化碳同时作用的过程，例如钾长石 （KAlSi3O8）风化生成高岭土（Al2Si2O5(OH)4）, 此反应的离子方程式是2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H20 == 2K+ + 2HCO3- + 4H4SiO4 +Al2Si2O5(OH)4, 请问此反应能发生的原因是什么？
要领：两边元素价态不变
拆 分
格式：金属氧化物、二氧化硅、水
(各
原 氧化物前系数为整数比)
则 金属氧化物顺序：按金属活动顺序表
(K,Na,Ca…)
书写下列硅酸盐的氧化物形式
1.辉石 Mg2Si2O6 2.红柱石 Al2SiO5
2MgO·2Si OAl22O3·SiO2
3 .绿泥石 Al4Si4O10(OH)8
一、硅酸盐