2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機(jī)非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(第一課時).doc

2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機(jī)非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(第一課時)教學(xué)目標(biāo)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(dāng)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(rèn)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(rèn)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(jìn)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(qiáng)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+2H2Si+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A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?；瘜W(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(bǔ)充注：上表答案不反應(yīng)CO2+H2OH2CO3SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+NaOH=NaHCO3SiO2+CaOCaSiO3CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+2CSi+2COCO2+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(xiàn)。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+2NaClNa2SiO3+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(jìn)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 Na2OSiO2Al2（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13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(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)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SiCC.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.B4.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+Na2CO3H4SiO4=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(bǔ)充部分。