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1、硅 無機非金屬材料教案
1、 教學目標
1. 了解硅、二氧化硅的主要性質(zhì)。
2. 認識硅、二氧化硅在生產(chǎn)、信息技術(shù)、材料科學等領(lǐng)域的應(yīng)用。
3、認識物之間既有相似性，又有各自的特性
4、初步培養(yǎng)學生自主查閱資料的能力和閱讀能力
二、教學重點、難點
重點：二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途；硅單質(zhì)的用途
難點：二氧化硅的結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)
3、 教學方法
1、自主學習，培養(yǎng)學生自學的能力。
2、設(shè)疑引導、變疑為導、變教為導的思路教學法
四、教學過程
新課導入：材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有感光材料，
2、我們就沒法留下美好的回憶；沒有高純的單晶硅就沒有今天的電腦；沒有特殊的新型材料，火箭就沒法上天，人類的登月計劃也無法實現(xiàn)，因此說材料的發(fā)展對我們的生活至關(guān)重要。從化學的角度來說，任何物質(zhì)都是由元素組成，那元素與這些材料之間又有什么樣的關(guān)系呢？接下來我們就來學習一下元素與材料之間的關(guān)系。
板書：硅 無機非金屬材料
學生活動：閱讀教材思考一下問題
1、無機非金屬材料包括哪些？
2、這類材料的特點有哪些？
講 解：
1、無機非金屬材料包括陶瓷、玻璃、無機非金屬涂層等
2、這類材料的特點是耐高溫、硬度高、抗腐蝕，有些材料還有獨特的光電性質(zhì)。
一、
3、半導體材料與單質(zhì)硅
學生活動：閱讀教材思考一下問題
1、什么是半導體材料？
2、最早使用的半導體材料是什么？為什么能廣泛使用？
3、現(xiàn)在廣泛使用的半導體材料是什么？為什么能廣泛使用？
講解：1、半導體材料是指導電能力介于導體與絕緣體之間的一類材料；
2、最早使用的半導體材料是鍺，由于其含量很低，提煉工藝復雜，價格昂貴，所以沒能廣泛使用。
3、現(xiàn)在廣泛使用的半導體材料低硅，由于其儲量豐富，僅次于氧，常溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定，所以能廣泛使用。
過渡：硅除了作為半導體材料被廣泛使用外，還具有什么其他的性質(zhì)和用途呢？
硅的性質(zhì)與用
4、途
1、物理性質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，是一種良好的半導體材料。
硅的同素異形體：晶體硅和無定形硅
2、預測物質(zhì)的化學性質(zhì)（分類思想）
硅屬于非金屬單質(zhì)應(yīng)該和C、P、S等非金屬單質(zhì)具有類似的性質(zhì)
1、C、P、S等非金屬單質(zhì)常溫下性質(zhì)比較穩(wěn)定
硅的性質(zhì)在常溫也比較穩(wěn)定
2、C、P、S等非金屬單質(zhì)在一定條件下可以和氧氣反應(yīng)
硅也在一定條件下和氧氣反應(yīng)
學生活動：畫出C、Si的原子結(jié)構(gòu)簡圖，并由此分析：硅的化學性質(zhì)活不活潑，為什么？硅的化合價主要是多少？
講解：Si原子最外層有四個電子,既不易失電子,也不易得電子,所以,硅的化學性質(zhì)
5、不活潑。主要形成四價的化合物。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在。
化學性質(zhì)：（常溫下比較穩(wěn)定）
Si+O2SiO2（條件：研碎的硅、加熱）
過渡：硅的性質(zhì)比較穩(wěn)定，長溫下除了可以和F2、HF及強堿反應(yīng)外，很難和其他物質(zhì)反應(yīng)
學生活動：根據(jù)硅的化合價分別寫出硅與F2、HF及強堿的化學反應(yīng)方程式：
Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑
過渡：高純度的單質(zhì)硅作為半導體材料而被廣泛應(yīng)用于電子、計算機領(lǐng)域，但在自然界中并沒有游
6、離態(tài)的硅存在，大多以SiO2、硅酸鹽的形式存在，這就需要我們通過化學方法制取單質(zhì)硅。
工業(yè)制取單質(zhì)硅
原料：焦炭和二氧化硅
設(shè)備：電爐
原理：SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑
過渡：電子領(lǐng)域?qū)Σ牧系募兌纫蟮奶貏e高，幾乎不能含任何雜質(zhì)，這就需要我們對粗硅進行提純。
提純原理：高溫下將粗硅與氯氣反應(yīng)，其產(chǎn)物在高溫下被氫氣還原而得到純凈的硅。
學生活動：根據(jù)上述原理寫出原理中牽涉到的化學反應(yīng)方程式
Si(粗硅)+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl(純度：99.9999999%)
3、硅的其他用途
晶體管、集成電路、硅整電路、太陽能電池、硅合金等
2
7、、 二氧化硅與光導纖維
自然界中常見的沙子、鵝卵石、石英、水晶的主要成分是二氧化硅
1、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（硅氧四面體結(jié)構(gòu)）
我們說，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，SiO2 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅決定了其物理性質(zhì)的特殊性，還決定了其化學性質(zhì)的穩(wěn)定性。
2、物理性質(zhì)：結(jié)構(gòu)與金剛石相似，熔點高；硬度大，不溶于水，是沙子石英等的主要成分，可用來裝飾、制造電子部件和光學儀器。
3、化學性質(zhì)
與強堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3
與HF的反應(yīng)：SiO2+4
8、HF==SiF4 ↑+2H2O（工業(yè)上雕刻玻璃的反應(yīng)原理）
實驗常遇到的問題：
1、實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？
HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。
2、實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？
NaOH溶液能與玻璃中的SiO2 反應(yīng)生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。
二氧化碳與二氧化硅的化學性質(zhì)比較相近，我們以表格的性質(zhì)將二氧化碳和二氧化硅的化學性質(zhì)作一個對比，便于大家更好的掌握兩者的聯(lián)系與區(qū)別
物質(zhì)
CO2
SiO2
9、與水反應(yīng)
CO2+H2O===H2CO3
不反應(yīng)
與酸反應(yīng)
不反應(yīng)
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O
與堿反應(yīng)
CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
與堿性氧化物反應(yīng)
CO2+CaO==CaCO3
SiO2+CaO CaSiO3
與碳反應(yīng)
CO2+C=2CO
SiO2+CSi+2CO
4、 二氧化硅的用途
硅石
結(jié)晶形：瑪瑙、石英、水晶
無定形：硅藻土
①、制光導纖維
②、石英玻璃制化學儀器
③、石英表、石英鐘
④、水晶制光學儀器和
10、工藝品
⑤、瑪瑙制精密軸承和裝飾品
3、 硅酸（H2SiO3）
H2SiO3是一種比H2CO3還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑褪色，是一種白色粉末狀的固體。
思考：SiO2 不溶于水且不和水反應(yīng)，那么要如何制備硅酸呢？結(jié)合初中制備CO2
的方法來設(shè)想一下？
講解：初中制備CO2是利用碳酸鹽與強酸反應(yīng)，是強酸制弱酸的原理。H2SiO3
也是一種很弱的酸，我們是否也可以用硅酸鹽來制備呢？
1、硅酸制備：可溶性硅酸鹽（Na2SiO3）與酸反應(yīng)
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3
2、
11、不穩(wěn)定，受熱易分解
H2SiO3 H2O +SiO2
板書設(shè)計
硅 無機非金屬材料
1、 半導體材料與單質(zhì)硅
硅的性質(zhì)與用途
1、物理性質(zhì)
2、化學性質(zhì)
Si+O2SiO2（條件：研碎的硅、加熱）Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑
硅的制取：SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑
硅的提純：Si(粗硅)+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl(純度：99.9999999%)
3、硅的用途
二氧化硅用途廣，石
12、英表中的壓電材料、光導纖維等 光纖光纜與普通電纜的比較
光纖光纜
普通光纜
每根光纜可同時通過10億路電話
8管同軸電纜，每條通話1800路
原料來源廣
資源較少
質(zhì)量輕，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便
質(zhì)量大，怕腐蝕
抗電磁干擾，保密性好，不發(fā)生電輻射
不抗電磁干擾，發(fā)生電輻射
2、 二氧化硅與光導纖維
1、結(jié)構(gòu)
2、物理性質(zhì)
3、化學性質(zhì)
4、二氧化硅用途
三、硅酸（H2SiO3）
1、硅酸制備：可溶性硅酸鹽（Na2SiO3）與酸反應(yīng)
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3
2、不穩(wěn)定，受熱易分解
H2SiO3 H2O +SiO2
硅 無機非金屬材料教案
