2019-2020年高中化学（大纲版）第一册 第七章 碳族元素 无机非金属材料 第二节硅和二氧化硅(第一课时).doc

2019-2020年高中化学（大纲版）第一册 第七章 碳族元素 无机非金属材料 第二节硅和二氧化硅(第一课时)教学目标1.使学生了解硅的结构特点、性质、用途、存在及制备方法。2.使学生了解二氧化硅的存在、性质和用途。3.培养学生对知识归纳、总结和探究的能力。教学重点硅和二氧化硅的化学性质教学难点培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力课时安排一课时教学方法引导、探究、对比、练习教学用具投影仪两条干燥的布条或线绳（其中一条在硅酸钠溶液中预先浸过）、酒精灯、火柴教学过程引言请大家看课本彩图中的硅单质照片。师别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速发展，更是与人们对硅的性质的认识息息相关。本节课，我们就来学习硅及其化合物的有关知识。板书第二节 硅和二氧化硅过渡首先，我们来认识一下元素含量居于自然界第二的硅单质的性质。板书一、硅（Si）师请大家阅读课本P145的第一、二自然段，总结出硅的存在形态、结构特点、物理性质等方面的内容。学生阅读问硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？生硅以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。问硅有几种同素异形体？分别是什么？生硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。问为什么晶体硅的熔沸点高、硬度大？生因为它的结构类似于金刚石。问硅的导电性怎样？生介于金属与非金属之间，是半导体。师很好。以上内容我们可总结如下：板书以化合态存在于自然界，有两种同素异形体。（1）物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。过渡那么，硅单质的化学性质又有哪些？其与同主族的碳相比，是否一样？下面，我们就来学习这个问题。板书（2）化学性质师请大家根据初中所学知识回答，碳单质有哪些化学性质？生碳单质在常温下性质稳定，高温时可与氧气等活泼非金属反应。在化学反应中常做还原剂。师回答得很好。那么，硅的性质是否也如此呢？请大家阅读课本P146第一自然段进行总结。学生阅读后回答常温下，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、硝酸、硫酸等起反应。加热时，能跟一些非金属反应，如它能和氧气反应生成二氧化硅。师对。我们可把上述硅单质的化学性质归纳如下：讲解并板书常温下性质稳定Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+O2SiO2师除此以外，硅在高温时还可分别与碳及氮气反应生成熔沸点很高、硬度很大的金刚砂碳化硅（SiC）及氮化硅（Si3N4）。过渡物质的用途由其性质决定，硅的这些性质决定了硅什么样的用途呢？请大家阅读课本P146第二自然段和课本P147选学内容“硅的用途”。板书（3）硅的用途学生阅读后回答可以用来制集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池，还可以用来制造变压器铁芯及耐酸设备等。师回答得很好。不过，大家需要知道的是，电子工业上所用的硅，都是纯度很高的硅，而由我们刚才所学知识知道，自然界没有单质硅存在。那么，我们怎样制取硅呢？请大家看课本后回答。板书（4）硅的制法学生看书后回答我们使用的硅，都是从硅的化合物中提取的。工业上用碳和二氧化硅在高温下反应制取硅。板书SiO2+2CSi+2CO（工业制法）师注意！上述反应中的产物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，通过上述反应所制得的硅只是粗硅，用做半导体材料时，还需将其提纯。过渡硅在常温下性质稳定，但在受热条件下可与氧气反应生成二氧化硅。接下来，我们来学习硅的最高价氧化物二氧化硅的性质。板书二、二氧化硅（SiO2）问二氧化硅与二氧化碳都是第A族元素形成的最高价氧化物，它们的性质是否相同呢？请大家回忆我们初中学过的二氧化碳的性质，并从物理性质和化学性质两方面回答。生二氧化碳的物理性质是：常温常压下是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。化学性质是：本身不燃烧，一般情况下也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，是酸性氧化物。师大家回答得很流利。请问，有没有固体的二氧化碳？生有！固体的二氧化碳叫干冰。师干冰可以用来人工降雨，为什么？生因为干冰有易升华的性质。师那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？请大家看课本有关内容，比较二氧化碳与二氧化硅的物理性质。板书（1）物理性质学生看书后回答二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。板书坚硬难溶的固体，不溶于水。过渡二氧化硅的化学性质与二氧化碳相比，是不是也有这么大的差异呢？请大家阅读课本有关内容，并填写下表。板书（2）化学性质投影展示SiO2与CO2化学性质的比较物质二氧化硅（SiO2）二氧化碳（CO2）与水反应与酸反应与碱反应与碱性氧化物反应与碳反应找一个同学把答案填写在胶片上，不足部分由教师和学生共同补充注：上表答案不反应CO2+H2OH2CO3SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+NaOH=NaHCO3SiO2+CaOCaSiO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+2CSi+2COCO2+C=2CO师从上表可以看出，二氧化硅能与碱反应生成相应的盐和水，是一种酸性氧化物，它不能溶于水得到相应的酸硅酸。酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。由此，我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：讲解并板书不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。问题探究为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。生因为玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使玻璃瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。师很正确。过渡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。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。请大家看课本有关内容，了解它们的用途。并总结出来。板书（3）用途学生看书后回答二氧化硅可用来做光导纤维；石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。师大家回答得很全面。师确实，二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害，使人患硅肺病，请大家阅读课本P148“二氧化硅粉尘的危害”的内容。学生阅读后师希望大家努力学习，并能在将来发明和创造一些新的技术，新的设备以控制空气中粉尘的含量，从而为人类的健康和生存环境做出贡献。过渡刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。板书三、硅酸（H2SiO3）师从上一节我们比较同主族元素的性质知道，硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。板书不溶于水，酸性比碳酸弱。师硅酸可通过可溶性硅酸盐与酸反应得到，如：讲解并板书Na2SiO3+2HCl+H2O=H4SiO4+2NaClNa2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4+Na2CO3讲解生成的H4SiO4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。板书 H4SiO4=H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O过渡刚才我们提到的硅酸钠，是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是不溶于水的。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。板书四、硅酸盐师请大家看以下实验。演示实验取两根一样的干燥布条（其中一根在硅酸钠溶液中浸过）在火焰上燃烧。问两根布条燃烧的情况一样吗？现象有何不同？生不一样。一根很容易燃烧，一根不燃。师是什么原因造成了这样的差别呢？答案在这里！板书硅酸钠（Na2SiO3）讲解不燃的布条是由于我预先在硅酸钠溶液中浸泡并晒干的。这也是硅酸钠的用途之一。硅酸钠的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很广，建筑工业及造纸工业用它做粘合剂。木材或织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火。浸过水玻璃的鲜蛋可以长期保存。水玻璃还用作软水剂，洗涤剂和制肥皂的填料。它也是制硅胶和分子筛的原料。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写时，应把金属元素的氧化物写在前面，若有多种金属元素，按活泼性依次减弱的顺序写出其氧化物，然后写SiO2，最后写H2O，且各氧化物之间要用“”隔开。如：板书并讲解 Na2SiO3 Na2OSiO2Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O师粘土的主要成分也是硅酸盐，是制造陶瓷器的主要原料。投影练习阅读下文，完成13题。硅晶体结构类似于金刚石，低温下单质硅不活泼，与空气、H2O、酸均无作用，但可与强碱和强氧化剂在适当温度下作用，如硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅，高价态硅的化合物可在高温下被碳、镁、氢等还原剂还原成单质硅；工业上也可用硅石与焦炭在高温下制金刚砂（SiC），某高纯硅炼制厂利用食盐、石英、水、焦炭为原料制取用作半导体材料的高纯硅。1.假设根据每步反应建立一个生产车间，该高纯硅厂家需要几个车间A.3个 B.4个 C.5个 D.6个2.生产原理中没有涉及到的反应是A.置换反应 B.复分解反应 C.化合反应 D.电解反应3.该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是A.产量太低B.产品中含SiCC.产品中含有过量的硅石和焦炭D.耗能太大答案：1.C 2.B 3.B4.Al2O32SiO22H2O是A.混合物B.硅酸盐C.两种氧化物的水化物D.铝酸盐解析：硅酸盐的种类繁多，结构复杂，人们通常用金属氧化物和二氧化硅的形式来表示组成，如Na2SiO3改写成Na2OSiO2。解此类题时，先把题目所给氧化物反写过来则为Al2（Si2O5）（OH）4，为高岭石，即为硅酸盐，不是混合物，也不是两种氧化物的水化物，更不是铝酸盐。答案：B板书设计第三节 硅和二氧化硅一、硅（Si）以化合态存在于自然界；有两种同素异形体。（1）物理性质：熔沸点高、硬度大、半导体。（2）化学性质常温下性质稳定Si+O2SiO2（3）硅的用途（4）硅的制法SiO2+2CSi+2CO（工业制法）二、二氧化硅（SiO2）（1）物理性质：坚硬难溶的固体，不溶于水。（2）化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。（3）用途三、硅酸（H2SiO3）不溶于水，酸性比碳酸弱Na2SiO3+2HCl+H2O=H4SiO4+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4+Na2CO3H4SiO4=H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O四、硅酸盐硅酸钠（Na2SiO3） Na2OSiO2 Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O教学说明本节课采用了学生自学、教师引导归纳，并同已学知识相比较的教学方法，目的是为了让学生更多地参与教学，并在学习的过程中培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力。由于在初中已学过有关碳及其化合物的知识，采用对比的学习方法，可以使学生温故而知新。学生在了解SiO2的用途时，教师同时引导他们了解SiO2粉尘的危害。这可以培养学生在以后的实践中能辩证地看问题。本课时增加了一个有关水玻璃的实验。一是引起学生学习的兴趣；再就是学生会印象深刻；更重要的是消除学生对陈述性知识的乏味感，也希望能对后面硅酸盐工业的介绍，做一个很好的引子。另外，如果授课时间允许，最好能专用一个课时来学习和整理碳及其化合物的有关知识，以使碳族元素的知识更加丰富和条理化。注碳及其化合物的有关知识可参考备课资料的知识补充部分。