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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(第一課時) ●教學(xué)目標 1.使學(xué)生了解硅的結(jié)構(gòu)特點、性質(zhì)、用途、存在及制備方法。 2.使學(xué)生了解二氧化硅的存在、性質(zhì)和用途。 3.培養(yǎng)學(xué)生對知識歸納、總結(jié)和探究的能力。 ●教學(xué)重點 硅和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì) ●教學(xué)難點 培養(yǎng)學(xué)生對知識的歸納、總結(jié)和探究的能力 ●課時安排 一課時 ●教學(xué)方法 引導(dǎo)、探究、對比、練習(xí) ●教學(xué)用具 投影儀 兩條干燥的布條或線繩（其中一條在硅酸鈉溶液中預(yù)先浸過）、酒精燈、火柴 ●教學(xué)過程 ［引言］請大家看課本彩圖中的硅單質(zhì)照片。 ［師］別看它看起來灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。大到高科技領(lǐng)域，小到我們的周圍，到處都有硅及其化合物的蹤影。當今電子工業(yè)的飛速發(fā)展，更是與人們對硅的性質(zhì)的認識息息相關(guān)。本節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)硅及其化合物的有關(guān)知識。 ［板書］第二節(jié) 硅和二氧化硅 ［過渡］首先，我們來認識一下元素含量居于自然界第二的硅單質(zhì)的性質(zhì)。 ［板書］一、硅（Si） ［師］請大家閱讀課本P145的第一、二自然段，總結(jié)出硅的存在形態(tài)、結(jié)構(gòu)特點、物理性質(zhì)等方面的內(nèi)容。 ［學(xué)生閱讀］ ［問］硅元素以什么形態(tài)存在于自然界？硅元素主要存在于什么物質(zhì)里？ ［生］硅以化合態(tài)存在于自然界，硅元素主要存在于地殼的各種礦物和巖石里。 ［問］硅有幾種同素異形體？分別是什么？ ［生］硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體。 ［問］為什么晶體硅的熔沸點高、硬度大？ ［生］因為它的結(jié)構(gòu)類似于金剛石。 ［問］硅的導(dǎo)電性怎樣？ ［生］介于金屬與非金屬之間，是半導(dǎo)體。 ［師］很好。以上內(nèi)容我們可總結(jié)如下： ［板書］以化合態(tài)存在于自然界，有兩種同素異形體。 （1）物理性質(zhì)：熔、沸點高，硬度大，半導(dǎo)體。 ［過渡］那么，硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)又有哪些？其與同主族的碳相比，是否一樣？下面，我們就來學(xué)習(xí)這個問題。 ［板書］（2）化學(xué)性質(zhì) ［師］請大家根據(jù)初中所學(xué)知識回答，碳單質(zhì)有哪些化學(xué)性質(zhì)？ ［生］碳單質(zhì)在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，高溫時可與氧氣等活潑非金屬反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)中常做還原劑。 ［師］回答得很好。那么，硅的性質(zhì)是否也如此呢？請大家閱讀課本P146第一自然段進行總結(jié)。 ［學(xué)生閱讀后回答］ 常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，硅不跟其他物質(zhì)，如氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等起反應(yīng)。加熱時，能跟一些非金屬反應(yīng)，如它能和氧氣反應(yīng)生成二氧化硅。 ［師］對。我們可把上述硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)歸納如下： ［講解并板書］常溫下性質(zhì)穩(wěn)定 Si+2F2====SiF4 Si+4HF====SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑ Si+O2SiO2 ［師］除此以外，硅在高溫時還可分別與碳及氮氣反應(yīng)生成熔沸點很高、硬度很大的金剛砂——碳化硅（SiC）及氮化硅（Si3N4）。 ［過渡］物質(zhì)的用途由其性質(zhì)決定，硅的這些性質(zhì)決定了硅什么樣的用途呢？請大家閱讀課本P146第二自然段和課本P147選學(xué)內(nèi)容“硅的用途”。 ［板書］（3）硅的用途 ［學(xué)生閱讀后回答］可以用來制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池，還可以用來制造變壓器鐵芯及耐酸設(shè)備等。 ［師］回答得很好。不過，大家需要知道的是，電子工業(yè)上所用的硅，都是純度很高的硅，而由我們剛才所學(xué)知識知道，自然界沒有單質(zhì)硅存在。那么，我們怎樣制取硅呢？請大家看課本后回答。 ［板書］（4）硅的制法 ［學(xué)生看書后回答］我們使用的硅，都是從硅的化合物中提取的。工業(yè)上用碳和二氧化硅在高溫下反應(yīng)制取硅。 ［板書］SiO2+2CSi+2CO↑（工業(yè)制法） ［師］注意！上述反應(yīng)中的產(chǎn)物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，通過上述反應(yīng)所制得的硅只是粗硅，用做半導(dǎo)體材料時，還需將其提純。 ［過渡］硅在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，但在受熱條件下可與氧氣反應(yīng)生成二氧化硅。接下來，我們來學(xué)習(xí)硅的最高價氧化物——二氧化硅的性質(zhì)。 ［板書］二、二氧化硅（SiO2） ［問］二氧化硅與二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高價氧化物，它們的性質(zhì)是否相同呢？請大家回憶我們初中學(xué)過的二氧化碳的性質(zhì)，并從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面回答。 ［生］二氧化碳的物理性質(zhì)是：常溫常壓下是無色無味的氣體，能溶于水，密度比空氣大。 化學(xué)性質(zhì)是：本身不燃燒，一般情況下也不支持燃燒，能與水反應(yīng)生成碳酸，能與堿反應(yīng)，是酸性氧化物。 ［師］大家回答得很流利。請問，有沒有固體的二氧化碳？ ［生］有！固體的二氧化碳叫干冰。 ［師］干冰可以用來人工降雨，為什么？ ［生］因為干冰有易升華的性質(zhì)。 ［師］那么，二氧化碳所具有的物理性質(zhì)二氧化硅是否具有呢？請大家看課本有關(guān)內(nèi)容，比較二氧化碳與二氧化硅的物理性質(zhì)。 ［板書］（1）物理性質(zhì) ［學(xué)生看書后回答］二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)差別很大，它是一種堅硬難熔的固體，不溶于水。 ［板書］堅硬難溶的固體，不溶于水。 ［過渡］二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)與二氧化碳相比，是不是也有這么大的差異呢？請大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，并填寫下表。 ［板書］（2）化學(xué)性質(zhì) ［投影展示］SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較 物質(zhì) 二氧化硅（SiO2） 二氧化碳（CO2） 與水反應(yīng) 與酸反應(yīng) 與堿反應(yīng) 與堿性氧化物反應(yīng) 與碳反應(yīng) ［找一個同學(xué)把答案填寫在膠片上，不足部分由教師和學(xué)生共同補充］ 注：［上表答案］ 不反應(yīng) CO2+H2OH2CO3 SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O 不反應(yīng) SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O CO2+NaOH====NaHCO3 SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2O====Na2CO3 SiO2+2CSi+2CO↑ CO2+C====2CO ［師］從上表可以看出，二氧化硅能與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽和水，是一種酸性氧化物，它不能溶于水得到相應(yīng)的酸——硅酸。 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應(yīng)原理。以上兩點，屬二氧化硅的特性。 由此，我們可總結(jié)出二氧化硅的主要化學(xué)性質(zhì)為： ［講解并板書］不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。 ［問題探究］為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 ［生］因為玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和堿起反應(yīng)，容易使玻璃瓶塞和瓶頸粘在一起而不能打開。 ［師］很正確。 ［過渡］二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石，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，水晶是純度較高的二氧化硅。請大家看課本有關(guān)內(nèi)容，了解它們的用途。并總結(jié)出來。 ［板書］（3）用途 ［學(xué)生看書后回答］二氧化硅可用來做光導(dǎo)纖維；石英可用來做石英鐘、石英表，耐高溫的石英玻璃；水晶可以用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品、眼鏡片等，含有有色雜質(zhì)的石英，還可用于制造精密儀器軸承，耐磨器皿和裝飾品等。 ［師］大家回答得很全面。 ［師］確實，二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途，但有時也會對人體造成危害，使人患硅肺病，請大家閱讀課本P148“二氧化硅粉塵的危害”的內(nèi)容。 ［學(xué)生閱讀后］ ［師］希望大家努力學(xué)習(xí)，并能在將來發(fā)明和創(chuàng)造一些新的技術(shù)，新的設(shè)備以控制空氣中粉塵的含量，從而為人類的健康和生存環(huán)境做出貢獻。 ［過渡］剛才我們提到二氧化硅不能溶于水得到相應(yīng)的酸——硅酸。那么，硅酸是怎樣的一種酸？它怎樣制得呢？下面我們就來學(xué)習(xí)這個問題。 ［板書］三、硅酸（H2SiO3） ［師］從上一節(jié)我們比較同主族元素的性質(zhì)知道，硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。 ［板書］不溶于水，酸性比碳酸弱。 ［師］硅酸可通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)得到，如： ［講解并板書］Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3 ［講解］生成的H4SiO4叫原硅酸，是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸。硅酸在加熱條件下會進一步失水得到二氧化硅。 ［板書］ H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O ［過渡］剛才我們提到的硅酸鈉，是一種可溶性的硅酸鹽，而其他硅酸鹽多數(shù)是不溶于水的。硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦物，約占地殼質(zhì)量的5%。 ［板書］四、硅酸鹽 ［師］請大家看以下實驗。 ［演示實驗］取兩根一樣的干燥布條（其中一根在硅酸鈉溶液中浸過）在火焰上燃燒。 ［問］兩根布條燃燒的情況一樣嗎？現(xiàn)象有何不同？ ［生］不一樣。一根很容易燃燒，一根不燃。 ［師］是什么原因造成了這樣的差別呢？答案在這里！ ［板書］硅酸鈉（Na2SiO3） ［講解］不燃的布條是由于我預(yù)先在硅酸鈉溶液中浸泡并曬干的。這也是硅酸鈉的用途之一。硅酸鈉的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很廣，建筑工業(yè)及造紙工業(yè)用它做粘合劑。 木材或織物用水玻璃浸泡過后既防腐又不易著火。浸過水玻璃的鮮蛋可以長期保存。水玻璃還用作軟水劑，洗滌劑和制肥皂的填料。它也是制硅膠和分子篩的原料。 硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通?？捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹肀硎酒浣M成。書寫時，應(yīng)把金屬元素的氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序?qū)懗銎溲趸?，然后寫SiO2，最后寫H2O，且各氧化物之間要用“”隔開。如： ［板書并講解］ Na2SiO3 Na2OSiO2 Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O ［師］粘土的主要成分也是硅酸鹽，是制造陶瓷器的主要原料。 ［投影練習(xí)］閱讀下文，完成1~3題。 硅晶體結(jié)構(gòu)類似于金剛石，低溫下單質(zhì)硅不活潑，與空氣、H2O、酸均無作用，但可與強堿和強氧化劑在適當溫度下作用，如硅能與鹵素在加熱或高溫下生成四鹵化硅，高價態(tài)硅的化合物可在高溫下被碳、鎂、氫等還原劑還原成單質(zhì)硅；工業(yè)上也可用硅石與焦炭在高溫下制金剛砂（SiC），某高純硅煉制廠利用食鹽、石英、水、焦炭為原料制取用作半導(dǎo)體材料的高純硅。 1.假設(shè)根據(jù)每步反應(yīng)建立一個生產(chǎn)車間，該高純硅廠家需要幾個車間 A.3個 B.4個 C.5個 D.6個 2.生產(chǎn)原理中沒有涉及到的反應(yīng)是 A.置換反應(yīng) B.復(fù)分解反應(yīng) C.化合反應(yīng) D.電解反應(yīng) 3.該廠家不采用石英與焦炭直接制高純硅的主要原因是 A.產(chǎn)量太低 B.產(chǎn)品中含SiC C.產(chǎn)品中含有過量的硅石和焦炭 D.耗能太大 答案：1.C 2.B 3.B 4.Al2O32SiO22H2O是 A.混合物 B.硅酸鹽 C.兩種氧化物的水化物 D.鋁酸鹽 解析：硅酸鹽的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人們通常用金屬氧化物和二氧化硅的形式來表示組成，如Na2SiO3改寫成Na2OSiO2。解此類題時，先把題目所給氧化物反寫過來則為Al2（Si2O5）（OH）4，為高嶺石，即為硅酸鹽，不是混合物，也不是兩種氧化物的水化物，更不是鋁酸鹽。 答案：B ●板書設(shè)計 第三節(jié) 硅和二氧化硅 一、硅（Si） 以化合態(tài)存在于自然界；有兩種同素異形體。 （1）物理性質(zhì)：熔沸點高、硬度大、半導(dǎo)體。 （2）化學(xué)性質(zhì) 常溫下性質(zhì)穩(wěn)定 Si+O2SiO2 （3）硅的用途 （4）硅的制法 SiO2+2CSi+2CO↑（工業(yè)制法） 二、二氧化硅（SiO2） （1）物理性質(zhì)：堅硬難溶的固體，不溶于水。 （2）化學(xué)性質(zhì)：不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。 （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↓+Na2CO3 H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O 四、硅酸鹽 硅酸鈉（Na2SiO3） Na2OSiO2 Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O ●教學(xué)說明 本節(jié)課采用了學(xué)生自學(xué)、教師引導(dǎo)歸納，并同已學(xué)知識相比較的教學(xué)方法，目的是為了讓學(xué)生更多地參與教學(xué)，并在學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生對知識的歸納、總結(jié)和探究的能力。由于在初中已學(xué)過有關(guān)碳及其化合物的知識，采用對比的學(xué)習(xí)方法，可以使學(xué)生溫故而知新。 學(xué)生在了解SiO2的用途時，教師同時引導(dǎo)他們了解SiO2粉塵的危害。這可以培養(yǎng)學(xué)生在以后的實踐中能辯證地看問題。 本課時增加了一個有關(guān)水玻璃的實驗。一是引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；再就是學(xué)生會印象深刻；更重要的是消除學(xué)生對陳述性知識的乏味感，也希望能對后面硅酸鹽工業(yè)的介紹，做一個很好的引子。 另外，如果授課時間允許，最好能專用一個課時來學(xué)習(xí)和整理碳及其化合物的有關(guān)知識，以使碳族元素的知識更加豐富和條理化。 ［注］碳及其化合物的有關(guān)知識可參考備課資料的知識補充部分。