《无机非金属材料的主角——硅》教案.doc

教　 　 案
课题：第四章 第一节　
无机非金属材料得主角-—--—-硅（一）
授课班级

课 时

教
学
目
得
知识
与
技能
1、了解硅在自然界中得含量、存在、用途
２、了解二氧化硅得物理性质，掌握二氧化硅得化学性质
过程
与
方法
１、自主学习，培养学生自学得能力.
2、活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳得比较,培养学生得归纳能力、比较能力。
情感
态度
价值观
通过了解材料发展得历史与前景，使学生认识化学在材料科学中得重要地位，体会化学得创造性与实用性，激发对化学科学得兴趣。

重 点
二氧化硅得性质（尤其就是作为酸性氧化物得性质）
难　点
二氧化硅得存在等ＳTS关注得拓展性学习内容
知
识
结
构
与
板
书
设
计
第四章　第一节 无机非金属材料得主角-—－－—-硅(一）
一、二氧化硅与硅酸
1、二氧化硅(ＳｉＯ2　)<sｉlicon ｄｉoxidｅ>
（1) 存在
(2)　用途
(3) 物理性质:熔点高,硬度大得固体、不溶于水，纯净得ＳiO2　晶体无色透明
(4） 结构：空间网状结构
(5） 化学性质：稳定，不活泼
具有酸性氧化物得性质:（不溶于水且不与水反应)
与强碱反应　：SiO２+2NaＯH==Na2SiO３+Ｈ2O
与碱性氧化物反应：SiO2+CaＯCaSiO３
　与HＦ得反应:SiO2+4HＦ=＝ＳiF４　↑+２H2O
２、硅酸（Ｈ2ＳiO３）
硅酸就是一种弱酸,它不溶于水,不能使指示剂变色，就是一种白色粉末状得固体。
Na2SiO3+2HＣl==2NaＣl+Ｈ２ＳｉO3　↓
Na2SiO3+H2ＳＯ４==Nａ２SO4+H２ＳiO3 ↓
Na２SｉO3+ＣO2+Ｈ2O==Ｎa２ＣO3+H2ＳiO3 ↓
H2SｉO3 H2O +SiO2
教学过程
教学步骤、内容
教学方法、手段、师生活动
［引入]我们生成得地球,它坚硬得地壳就是由什么构成得?
　 岩石，构成岩石得主要成分就是硅酸盐及硅得氧化物。
［问]一提到硅,同学们又能想到什么呢？
硅谷:美国新兴得高技术产业开发区，电子技术研究中心，计算机生产得重要基地，位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端、
半导体：单晶硅就是半导体器材得核心材料,硅半导体就是集成电路得主要材料,估计在２１世纪,硅仍然会占半导体材料得9５%以上、
沙子、石英、水晶：主要成分就是硅得氧化物
光导纤维：从石英玻璃熔融体中，拉出直径为100微米得细丝、再把千百根光导纤维组合并增强处理，就制成成光缆，其优点：质轻，体积小，输送距离长,保密性好，成本低、
[导入］从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都在扮演着主要得角色.今天，就让我们一同来研究一下硅得氧化物———--－二氧化硅及硅酸与硅酸盐得性质 。
［板书]第四章 第一节　无机非金属材料得主角-—－--—硅（一）
[讲]硅在地壳中含量丰富,仅次于氧,排在第二位,约占26、３％。
［投影]元素周期表
［讲］位于周期表中得第四长列上得就是碳族,这一族可谓就是豪门望族.其中具有代表性得就是其中得两位兄长。碳,形成了无数种构成人类与其它地球生物等得有机物，“统治了有机界”。其构成得煤、石油等有机化产品与材料就是现代化得基石.而它得弟弟-—-——-硅，地壳质量得约90％,构成了地壳大部分岩石、沙子与土壤, “统治了地壳”，而当今硅酸盐工业得陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。
［思考与交流]画出C、Si得原子结构简图，并由此分析:硅得化学性质活不活泼，为什么？硅得化合价主要就是多少?

[讲]Ｓi原子最外层有四个电子，既不易失电子，也不易得电子，所以，硅得化学性质不活泼。主要形成四价得化合物。硅就是一种亲氧元素，在自然界它总就是与氧相互化合.所以在氧化气氛包围得地球上，硅主要以熔点很高得
氧化物及硅酸盐得形式存在。
［思考］常温下，单质碳、硅得化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定得单质(金刚石）存在,而硅却没有，说明了什么？
单质硅得化学性质虽然稳定，但硅就是一种亲氧元素,硅原子与氧原子得结合非常牢固，形成得二氧化硅或硅酸盐中得硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都就是以二氧化硅或硅酸盐得形式存在，没有游离态得硅。
［过]下面我们首先来研究一下二氧化硅得性质与用途。
[板书]一、二氧化硅与硅酸
1、二氧化硅(SiＯ２ )<silicon diｏxｉdｅ>
(1） 存在
［讲］SiO２　就是硅得重要化合物。地球上存在得天然二氧化硅约占地壳质量得12%，其存在形态有结晶形与无定形两大类，通称硅石.
［投影]并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆
［讲]水晶就是自然界中六方柱状得透明晶体,玛瑙得成分也就是SiO2,它们除了一些常见得可作饰物等用途外，SiＯ2 在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成得纤维在电信行业得应用等。
［板书]（２）　用途
硅石

结晶形:玛瑙、石英、水晶

无定形:硅藻土

［投影小结]
①、制光导纤维
②、石英玻璃制化学仪器
③、石英表、石英钟
④、水晶制光学仪器与工艺品
⑤、玛瑙制精密轴承与装饰品
[讲]结合已有得关于水晶、沙子主要成分也就是SiO２ 得知识,思考一下，SｉO2得物理性质有哪些，注意与CO2进行比较研究
[SiO4]四面体结构
[板书］(3） 物理性质：熔点高，硬度大得固体、不溶于水，纯净得SiO2 晶体无色透明
[思考］为什么ＳiO２与CＯ2得性质上有着这么大得差别呢?
[讲］主要取决于结构得不同。ＣＯ2就是Ｃ与O通过化学键所连接得分子结构，而SiＯ2　就是Sｉ—O四面体结构
[投影］硅氧四面体结构

[讲］［SｉＯ4]四面体：每１个Si原子周围结合４个O原子，Si在中心,Ｏ在四个顶角、 同时每1个O原子周围结合２个Ｓｉ原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,通常用SiO2　来表示二氧化硅得组成、　
[板书］(4) 结构:空间网状结构
［讲]我们说，结构决定性质，SiO２ 得网状结构不仅决定了其物理性质得特殊性,还决定了其化学性质得稳定性。
［板书］(5）　化学性质:稳定,不活泼
具有酸性氧化物得性质:(不溶于水且不与水反应)
与强碱反应　：ＳiO2+2NaOＨ==Nａ2SiO3+H２O　
与碱性氧化物反应：SiO2+CaOCaＳiＯ3　
［讲］SiＯ２除了具有酸性氧化物得通用性之外,还具有特性.比如酸性氧化物一般不与酸反应，而SiO2却能与HF反应，这也就是工业上雕刻玻璃得反应原理
［板书] 与HF得反应:SiO２+４ＨF＝=SiF4 ↑＋2H2O
［讲］除此之外,SiO２在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应
［投影小结］
弱氧化性：SｉO2+2CＳi +2CO↑ 　(工业上制粗硅)
与某些盐反应:Nａ2CO３+ＳiＯ2Ｎa2SｉO3＋CＯ2↑　
CaCO3+SiO２CaSiＯ3+CO2 ↑ (工业上制玻璃得主要反应）
［思考与交流]1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
HＦ能腐蚀玻璃，因此,盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
2、实验室盛装NaOH溶液得试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
NaOH溶液能与玻璃中得SｉO2 反应生成Na2SiO３ ，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NａOH溶液得试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞.
［过]刚才我们提到SiO2不能溶于H２Ｏ得到相应得酸，但它对应得酸叫硅酸，那么硅酸就是一种怎样制得得酸呢？
［板书］２、硅酸(H2SiＯ３）
［讲］H2ＳiO3就是一种比H２ＣO3还要弱得酸，它不溶于水,不能使指示剂褪色,就是一种白色粉末状得固体.
［板书］硅酸就是一种弱酸，它不溶于水,不能使指示剂变色,就是一种白色粉末状得固体。
［问］ＳiO2 不溶于水且不与水反应，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备CO2得方法来设想一下？
［讲］初中制备CO2就是利用碳酸盐与强酸反应，就是强酸制弱酸得原理。H2ＳiO3也就是一种很弱得酸，我们就是否也可以用硅酸盐来制备呢?
[投影实验］P７6 实验4-１
实验4—1：向饱与Ｎa2SiO３　溶液中滴入酚酞,再滴入稀盐酸
现象
滴入酚酞溶液显红色,再滴入盐酸红色消失,并有透明胶状物质生成
结论
Na2SiO3 溶液呈碱性,与酸反应生成了H2SiO3 且H2SiO3 难溶于水
化学方程式
Na2SiO3+2HCl==H2SiO3 ↓+2NaCl
[问]若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 会有什么现象呢？
［板书］Na2SiＯ3+2HCｌ==2NａCｌ＋H2SiO３ ↓
　 　 Na２ＳiO3+H2SO４==Na2SO4+Ｈ2SiO3　↓
［讲]所生成得硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶,硅酸浓度较大时,则形成软而透明得、胶冻状得硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶,称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强,常用做实验室与袋装食品、瓶装药品等得干燥剂，也可以用作催化剂得载体。
［讲]如果对硅酸加热,其可以分解生成ＳｉＯ2　
[板书]H2SiO3　H2O +SiＯ2
［活动与探究]硅酸就是一种比碳酸还要弱得酸，请利用中学实验室常见得仪器及药品,设计一个简单实验,证明硅酸得酸性比碳酸弱,并完成一份实验报告。
［分析]利用CO2 溶于水产生H２CO3 ,而Ｈ2ＣO3得酸性比H2SiO3 得酸性强，可以将CO２通入到Na2SｉO3得溶液中.
[板书］Ｎa２SiO3+CO2+H2Ｏ==Na2CO3+H2SiＯ3 ↓
[总结］本节课我们学习了一种重要得非金属元素硅得化合物SiＯ２与H２SｉO３，了解了SiＯ2得重要性质及用途。知道了晶莹透明得水晶、五彩斑斓得玛瑙与普通沙子得化学成分并没有什么两样。知道了ＳiO2在当前信息时代、IT产业中得重要作用.化学知识可以帮助我们认识,了解世界，我们也可以用学过得知识进行发明、创造，造福人类。
［自我评价]
1、制造光导纤维得主要原料就是（ 　 　)
　Ａ、晶体硅 　B、二氧化硅　 C、石墨　 　Ｄ、硅酸钠
２、下列说法正确得就是（ 　)
A.SiO2溶于水显酸性
B。CO２通入水玻璃（硅酸钠得水溶液)可得硅酸
Ｃ.SｉO2就是酸性氧化物，它不溶于任何酸
D．ＳiO2晶体中不存在单个ＳｉO2分子
3、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装得就是（ 　 　 )
Ａ、烧碱溶液　 　 B、浓硫酸 　 C、氢氟酸 　 Ｄ、碳酸钠溶液
4、要除去SｉO2 中得CaＯ杂质，最适宜得试剂就是（ )
A、纯碱溶液 　 　　 　Ｂ 盐酸　 C 硫酸 　D 苛性钠溶液
5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚( 　 　 ）
A、石英坩埚 B、普通玻璃坩埚 　　C、铁坩埚 D、陶瓷坩埚
6、CＯ2 通入下列各溶液中，不可能产生沉淀得就是 　 　 　 　（ )
Ａ 石灰水 　 　　　 　 　 Ｂ 饱与碳酸钠溶液
C 硅酸钠溶液 　 　 　 　D　氯化钙溶液
　 若最终产生沉淀得就是（ BC )

配以多媒体图片
从感性上让学生接触要学习得内容，激起学生学习得兴趣。
联系生活，激发求知欲.
图片呈现,直观、深刻,加深认识.
抽象思维,初步建立ＳiO２空间立体结构。通过视频呈现,使学生对SiO2得结构得理解更深刻。
提高学生信息处理能力,
提高学生科学精神
Ｂ
ＢD
Ｃ
Ｂ
Ｃ
D

教学回顾：

ﻬ教 　案
课题：第四章 第一节　
无机非金属材料得主角-－－-－—硅(二)
授课班级

课　 时

教
学
目
得
知识
与
技能
1、了解硅酸盐、硅得主要性质
2、认识硅酸盐、硅等在生产、信息技术、材料科学等领域得应用
过程
与
方法
通过硅与碳得比较学习,引导学生学会运用对比得方法来认识物质。
情感
态度
价值观
通过对硅酸盐材料及硅得用途学习,使学生了解新型无机非金属材料，培养学生热爱科学得情感。
重 点
硅、硅酸盐得丰富性与多样性
难 点
通过学习，掌握研究非金属元素单质及化合物得一般方法
知
识
结
构
与
板
书
设
计
二、硅酸盐 （silｉcａte）
1、定义:硅酸盐就是由硅、氧、金属所组成得化合物得总称。
2、硅酸钠
（1） 物理性质：白色固体，易溶于水，水溶液俗称水玻璃或泡花碱,就是一种泡花碱
(2）　化学性质:相对稳定,不能燃烧，不易被腐蚀，
热稳定性强
3、表示方法：
原则：金属氧化物(较活泼----—-较不活泼 ）
方法： 找组成元素 　 写成氧化物得形式
　 　 原子个数比不变　 　检查有无遗漏
三、硅（ siｌicon) 单质
1、存在形态：有晶体硅与无定形硅两种同素异形体
2、晶体结构：正四面体形
３、物理性质：灰黑色具有金属光泽得固体、熔点高、硬度大、质脆、导电性介于导体与绝缘体之间,就是好得半导体材料。
4、化学性质
（1) 常温下得反应：
Si+2F2==SiF4 　Si+４HF=＝SｉF４↑+2H2 ↑
Ｓｉ+2NaOH +H2O == Nａ２SiO3+2H2↑
（2）　高温下得反应：
Si+O2SiO２ 　 Si+2Cl2　SiCl4
５、硅得制备
（１）　工业上制粗硅
　 ＳiO２ ＋　 2C 　 Sｉ+２CO ↑
石英砂 焦炭　 电炉中 粗硅
（2） 由粗硅制纯硅
Si+2Cl2 ＳｉＣl4　 　 SｉＣl４＋2Ｈ2Si+４HCl
教学过程
教学步骤、内容
教学方法、手段、师生活动
［思考］ＳｉO２与ＣO2在物理、化学性质方面有哪些相似性与不同之处
［投影回顾］

CO2
SiO2
物理性质
无色无味气体,熔沸点都很低,微溶于水,存在于空气中
灰黑色固体,熔沸点都很高,不溶于水,存在于岩石中,俗名硅石、石英、水晶,纤维、玻璃、硅藻土中都大量含有
化学性质
与碱性氧化物
CO2+CaO==CaCO3
SiO2 +CO2 CaSiO3
与碱
CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
与酸
--------
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O
与水
CO2+H2O===H2CO3
--------
［回顾］上节课我们提到，用可溶性硅酸盐Nａ2SiO3来制备H2ＳiＯ3 。事实上，在自然界中,硅酸盐就是构成地壳岩石得主要成分,大多数硅酸盐就是不溶于水得。自然界中存在得各种天然硅酸盐矿物约占地壳总质量得5％。
［板书]二、硅酸盐 (silicａtｅ)
1、定义：硅酸盐就是由硅、氧、金属所组成得化合物得总称.
［讲]硅酸盐结构复杂，一般不溶于水,性质很稳定。最简单得硅酸盐就是硅酸钠,下面我们主要研究一下硅酸钠得性质
［板书］2、硅酸钠
(1） 物理性质：白色固体，易溶于水，水溶液俗称水玻璃或泡花碱，就是一种泡花碱
［投影实验]P77 实验4-2、

放入蒸馏水
放入Na2SiO3饱与溶液
现象
当水分蒸发后燃烧
当水分蒸发后不易燃烧
结论
用水玻璃浸泡过得木材或织物可防火
[板书］（2） 化学性质：相对稳定,不能燃烧，不易被腐蚀，
热稳定性强
［讲］硅酸盐得种类很多，结构复杂,为了方便记忆与计算，常用氧化物得形式表示硅酸盐得组成
［板书］3、表示方法:
原则：金属氧化物（较活泼-－-—-—较不活泼　)
方法：　找组成元素 　 　 　写成氧化物得形式
　 　原子个数比不变 　　检查有无遗漏
[投影］例、请用氧化物得形式表示下列硅酸盐得组成：
硅酸钠（Ｎａ2SiO3) 　 ————--——--—— 　
镁橄榄石(Mｇ2SiＯ４) ——-—————--——
高岭土 {Ａl２（Sｉ2O5）（ＯH)4｝　—----———————
［讲]硅酸盐材料具有很多优良得性能,为我们得生活、为人类得科技进步作出了很大得贡献.受传统陶瓷某些特殊性能得启发，科技工作者在此基础上进行了一次又一次得创新，又研制出了许多种组成不同、性能更特殊得新型陶瓷。请大家阅读教材P77上得科学视野.
[投影］传统硅酸盐材料:
(1)　陶瓷:日用器皿、建筑饰材、卫生洁具
（2) 玻璃：
(3） 水泥:以黏土与石灰石为主要原料
具有特殊功能得含硅物质：
(1） 碳化硅（金刚砂）
（2） 硅钢：导磁性良好,用作变压器铁芯
（３） 硅橡胶
（4） 分子筛：具有均匀微孔结构得铝硅酸盐
(5）　生物陶瓷：人造骨
［过］虽然硅得化合物很多,随处可见，而且从远古时期人类就已经学会加工与使用陶瓷,但就是硅得单质却到很晚---—-—18世纪上半叶才制备出来。
硅别瞧起来灰溜溜得，它自己及化合物得作用却大得很，大到高科技领域，小到我们得周围，到处都有Si及其化合物得踪影,当今电子工业得飞速发展，更就是人们对Ｓi得性质得认识息息相关,本节我们就来学习Si及其化合物得有关知识。
[板书］三、硅( ｓiｌicon） 单质
1、存在形态：有晶体硅与无定形硅两种同素异形体
［投影]展示晶体Ｓｉ与晶体Si得结构模型
[板书］2、晶体结构：正四面体形
［讲］晶体Ｓｉ得结构类似于金刚石得正四面体型,因此物理性质与金刚石类似。
［板书]３、物理性质：灰黑色具有金属光泽得固体、熔点高、硬度大、质脆、导电性介于导体与绝缘体之间,就是好得半导体材料.
［讲]因为Si在元素周期表中得位置仅次于金属与非金属分界线附近,因此硅有些性质与金属相似。硅得化学性质不活泼，常温下硅得化学性质很稳定,除F２、HF与NaOH外,Sｉ不跟其她物质起反应。
[板书]4、化学性质
(1）　常温下得反应：
Si+2Ｆ2==SiＦ4
Si＋4ＨF==ＳiF4↑+２Ｈ２ ↑
Sｉ+2NaOH　+H２O == Nａ２SiＯ3+2Ｈ2↑
［讲］在高温下,Sｉ能与O2等非金属单质发生反应
［板书］(2） 高温下得反应:
Sｉ+O2SiO2
Ｓi+2Cl2　SｉCｌ4
［讲]硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池,可制成有良好导磁性、耐酸性得合金。半导体晶体管及芯片得出现，促进了信息技术革命.请大家阅读教材P7９—８０上得内容,了解一下硅得用途。
[投影小结]
信息技术得关健材料,—-半导体、晶体管、芯片。
　半导体性能——将太阳能转换为光能得重要材料——光电池　　
硅合金
［板书]5、硅得制备
（1） 工业上制粗硅
SiO２ ＋　 2C 　 　Si+2CO ↑
石英砂　 　焦炭 电炉中 粗硅
(2) 由粗硅制纯硅　
　 Si+２Cｌ2 SｉCl４
　　SｉCl4+2H２Sｉ＋4HＣl
[总结］本节课我们学习了硅酸盐得重要用途及性质，了解了硅酸钠得特性－－－—-－耐火.知道了Si单质得重要用途。从结构上、从周期表得位置，进一步理解了Si得性质。21世纪人类所面临得重大问题之一就是能源危机。而从书上我们了解到Sｉ就是具发展前景得新能源材料。同学们，随着人类对Sｉ及其化合物得认识越来越深刻，随着科学技术得不断发展，我们有理由相信Sｉ及其化合物对人类作出更大得贡献,给人类带来更大得惊喜!
［自我评价］
1、下列关于硅得说法不正确得就是（ C ）
　 Ａ、硅就是非金属元素，它得单质就是灰黑色，有金属光泽得固体
　B、硅得导电性能介于导体与绝缘体之间，就是良好得半导体材料。
C、硅得化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
Ｄ、加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应
2、下列关于碳与硅得叙述中，不正确得就是( AD 　）
　A、氧化物都能与氢氧化钠溶液反应
B、单质在加热时都能跟氧气反应
C、氧化物溶于水都生成相应得酸
　 D、碳与硅两种元素都有同素异型体

教学回顾：