硅和二氧化硅

1 / 11 硅和二氧化硅 教学目的要求： 1、知识目标 熟练掌握碳族元素相似性、递变性、特殊性的具体内容及原因。熟练掌握硅、二氧化硅的化学性质。 2、能力目标 把握 “ 位 构 性 ” 三者关系，掌握元素及化合物一类知识的学习方法。 3、德育目标 能灵活运用对立统一的辩证唯物主义观点，分析、解释元素化合物知识的有关内容。激发学生兴趣，培养勇于探索知识的学习品质。 教学过程： 引言 ：阅读 ccTV 报道，共和国的嘉奖 XX 年 3 月28 日， 庄严肃穆的人们大会堂。邓中翰心潮起伏，久久难以平静。在这里，他将代表中星微 “ 星光中国芯 ” 研发团队。接受共和国最高规格的奖励 国家科技进步奖。 他们把技术变成了生成力和滚滚的财富，从此，中国人可以用上 “ 中国芯 ” ，并且让世界上其他国家也用上 “ 中国芯 ” 。让全世界都能听到 “ 中国芯 ” 咚咚跳动的声音。 提问 ：你读了这篇令人振奋的报道，你是否知道 “ 中国芯 ” 的核心材料是什么？ 2 / 11 学生 ：硅。 师 ：含硅物质除了包括应用到 “ 中国芯 ” 等电子材料外，它还应用到我们生活的方方面面 ，请看： 投影 ：含硅物质的用途。 学生 ：（观看） 师 ：硅及其化合物与我们的生活如此密切，用途如此广泛，让我们一起来学习硅及其化合物许多未知的性质。 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 1。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。 3 / 11 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。为了便于记忆，我们把半导体硅、锗、锡、镓编为顺口溜： “ 归者惜家 ” 。 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 思考 根据元素周期律的知识你认为硅单质的化学性质与什么物质相似？你能否从中推测出硅有哪些化学性质？ 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确定，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 P149 第四自然段进行总结。 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： 4 / 11 讲解并板书 常温下性质稳定，不活泼，加热时，与某些非金属反应： Si o2Sio2 硅还有一些特性，请同学们写出硅和氟、硅和氢氟酸反应的化学方程式。 Si 2F2SiF4Si HFSiF4 2H2 Si 2NaoH H2oNa2Sio3 2H2 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、硬度很大金刚砂 碳化硅（ Sic）及氮化硅（ Si3N4）。 过渡 我们知道自然界没有单质硅存在，我们在工业上是如何制取硅呢？ 板书 （ 4）硅的制法 学生看书后 P146 页回答 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。 高温 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。 提问 你知道什么是硅石、石英、水晶、玛瑙吗？ 5 / 11 板书 2.二氧化硅（ Sio2） 学生看书 P146 页最后自然段 P147 页 1-3 自然段回答 生 天然的二氧化硅叫硅石，石英的主要成份是二氧化硅，透明的石英叫水晶，含有杂质的水晶叫玛瑙。 师 很好，我们把硅石分类树状分布图 硅石 晶体（石英） 无定形（硅藻土） 水晶 玛瑙 师 二氧化硅用途。由于 Sio2 具有优良的物理化学性能，加上 Sio2 在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人6 / 11 类广泛地应用着。 思考与交流 根据 Sio2 的存在和应用，请你分析以下问题： Sio2 具有哪些物理性质？化学稳定性如何？ 生 二氧化硅是坚硬、难熔的固体，不溶于水。 Sio2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，属酸性氧化物。 板书 （ 1）物理性质 板书 坚硬难溶的固体，不溶于水。 提问 Sio2 不活泼，很稳定，但稳定是相对的，在一定条件下也能发生化学反应，从 co 和 Sio2 都是 VIA 族最高氧化物的角度、以及物质通性和特性角度去推测一下 Sio2具有哪些化学性质？ 请大家阅读课本有关内容 P146 页，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） 物质分类 与碱性氧化物反应 7 / 11 与碱反应 与水反应 与碳反应 与氢氟酸反应 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 二氧化碳（ co2） 二氧化硅（ Sio2） 酸性氧化物 高温 酸性氧化物 8 / 11 cao co2caco3 cao Sio2caSio3 co2 2NaoHNa2co3 H2o Sio2 2NaoHNa2Sio3 H2o co2 H2oH2co3 不反应 co2 c2co Sio2 2cSi 2co 不反应 Sio2 4HFSiF4 2H2o 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，属于氧化硅的特性。 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 已知玻璃中含有 Sio2，回答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 因为是 Sio2 酸性氧化物，能与碱起反应，容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。 9 / 11 师 很正确。 Sio2 不能溶于水制取相应的硅酸，那么我们如何来制取硅酸呢？ 演示 实验：向饱和 Na2Sio3 溶液中， 滴入稀盐酸。 现象 滴入盐酸有透明的硅酸凝胶产生 结论 Na2Sio3 呈碱性，硅酸难溶于水 方程式 Na2Sio3 2Hcl H2Sio3 2Nacl 思考：除了用 HcL 外还能用什么酸来制硅酸？ 探究：如何利用 Sio2 制取硅酸？写出相应的化学方程式。 我们知道 Sio2 不能直接与水反应制取硅酸， 那么给你Sio2 其它一些条件你能否制取硅酸？ 探究：如何利用 Sio2 制取酸硅？写出相应的化学方程式。 板书 3.硅酸（ H2Sio3） 硅酸不溶于水的白色固体 硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱 Sio2 2NaoHNa2Sio3 H2o Na2Sio3 co2 H2oNa2co3 H2Sio3 师 从上一节我们比较同主族元素的性质知道，硅酸是10 / 11 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 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 H4Sio4H2Sio3 H2oH4Sio4Sio2 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 硅酸钠（ Na2Sio3） 讲解 硅酸钠的种类很多，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最前面，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 Na2Sio3Na2oSio2 Al(Si2o5)(oH)4Al2o32Sio2H2o 练习 用硅酸盐