硅和二氧化硅教案

1 / 13 硅和二氧化硅教案 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲山课 件 k 第二节硅和二氧化硅 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 2 / 13 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？ 3 / 13 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=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaoH+H2o=Na2Sio3+2H2Si+o2Sio2 4 / 13 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5 / 13 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。 6 / 13 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+H2oH2co3 Sio2+4HF=SiF4+2H2o 不反应 Sio2+2NaoH=Na2Sio3+H2oco2+2NaoH=Na2co3+H2o co2+NaoH=NaHco3 Sio2+caocaSio3 co2+Na2o=Na2co3 Sio2+2cSi+2co co2+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。 7 / 13 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。 8 / 13 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+2Nacl Na2Sio3+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+H2oH2Sio3Sio2+H2o 9 / 13 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10 / 13 间要用 “” 隔开。如： 板书并讲解 Na2Sio3Na2oSio2 Al2（ Si2o5）（ oH） 4Al2o32H2o 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 个个 个个 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 Sic 11 / 13 c.产品中含有过量的硅石和焦炭 D.耗能太大 答案： 2H2o 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 12 / 13 （ 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+2NaclNa2Sio3+co2+2H2o=H4Sio4+Na2co3 H4Sio4=H2Sio3+H2oH2Sio3Sio2+H2o 四、硅酸盐 硅酸钠（ Na2Sio3） Na2oSio2Al2（ Si2o5）（ oH）4Al2o32H2o 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