2022年高中化學(xué)(大綱版)第一冊(cè) 第七章碳族元素?zé)o機(jī)非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(第一課時(shí))
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1、2022年高中化學(xué)(大綱版)第一冊(cè) 第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(第一課時(shí)) ●教學(xué)目標(biāo) 1.使學(xué)生了解硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(duì)知識(shí)歸納、總結(jié)和探究的能力。 ●教學(xué)重點(diǎn) 硅和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì) ●教學(xué)難點(diǎn) 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的歸納、總結(jié)和探究的能力 ●課時(shí)安排 一課時(shí) ●教學(xué)方法 引導(dǎo)、探究、對(duì)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(guò))、酒精燈、火柴 ●教學(xué)過(guò)程 [引言]請(qǐng)大家看課本彩圖中的硅單質(zhì)照片。 [師]別看它
2、看起來(lái)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?chē)?,到處都有硅及其化合物的蹤影。?dāng)今電子工業(yè)的飛速發(fā)展,更是與人們對(duì)硅的性質(zhì)的認(rèn)識(shí)息息相關(guān)。本節(jié)課,我們就來(lái)學(xué)習(xí)硅及其化合物的有關(guān)知識(shí)。 [板書(shū)]第二節(jié) 硅和二氧化硅 [過(guò)渡]首先,我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下元素含量居于自然界第二的硅單質(zhì)的性質(zhì)。 [板書(shū)]一、硅(Si) [師]請(qǐng)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(diǎn)、物理性質(zhì)等方面的內(nèi)容。 [學(xué)生閱讀] [問(wèn)]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
3、里。 [問(wèn)]硅有幾種同素異形體?分別是什么? [生]硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體。 [問(wèn)]為什么晶體硅的熔沸點(diǎn)高、硬度大? [生]因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石。 [問(wèn)]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(shū)]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(diǎn)高,硬度大,半導(dǎo)體。 [過(guò)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(lái)學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題。 [板書(shū)](2)化學(xué)性質(zhì) [師]請(qǐng)大家根據(jù)初中所學(xué)知識(shí)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,
4、高溫時(shí)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(qǐng)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(shí),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(duì)。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(shū)]常溫下性質(zhì)穩(wěn)定 Si+2F2====SiF4 Si+4HF====SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑ Si+O2SiO2 [師]除此以外,硅在高
5、溫時(shí)還可分別與碳及氮?dú)夥磻?yīng)生成熔沸點(diǎn)很高、硬度很大的金剛砂——碳化硅(SiC)及氮化硅(Si3N4)。 [過(guò)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(qǐng)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(shū)](3)硅的用途 [學(xué)生閱讀后回答]可以用來(lái)制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽(yáng)能電池,還可以用來(lái)制造變壓器鐵芯及耐酸設(shè)備等。 [師]回答得很好。不過(guò),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(shí)知道,自然界沒(méi)有單質(zhì)硅存在。那么,我們?cè)鯓又迫」枘兀空?qǐng)大家看課本后回答。 [板書(shū)](4)硅的制法 [學(xué)生看書(shū)后回答
6、]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(shū)]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(guò)上述反應(yīng)所制得的硅只是粗硅,用做半導(dǎo)體材料時(shí),還需將其提純。 [過(guò)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(lái),我們來(lái)學(xué)習(xí)硅的最高價(jià)氧化物——二氧化硅的性質(zhì)。 [板書(shū)]二、二氧化硅(SiO2) [問(wèn)]二氧化硅與二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高價(jià)氧化物,它們的性質(zhì)是否相同呢?請(qǐng)大家回憶我們初中學(xué)過(guò)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
7、化碳的物理性質(zhì)是:常溫常壓下是無(wú)色無(wú)味的氣體,能溶于水,密度比空氣大。 化學(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(qǐng)問(wèn),有沒(méi)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(lái)人工降雨,為什么? [生]因?yàn)楦杀幸咨A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(qǐng)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(shū)](1)物理性質(zhì) [學(xué)生看書(shū)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(jiān)硬難熔的固體,不溶于水。 [板書(shū)]堅(jiān)硬難溶的固體,不
8、溶于水。 [過(guò)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(qǐng)大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容,并填寫(xiě)下表。 [板書(shū)](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(gè)同學(xué)把答案填寫(xiě)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+H2OH2CO3 SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O 不反應(yīng) SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2
9、NaOH====Na2CO3+H2O CO2+NaOH====NaHCO3 SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2O====Na2CO3 SiO2+2CSi+2CO↑ CO2+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(diǎn),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(shū)]不溶于水的酸性氧化物,能與氫氟酸反應(yīng)。 [問(wèn)題探究]為什么實(shí)驗(yàn)室中盛放堿
10、液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 [生]因?yàn)椴Aе泻蠸iO2,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(kāi)。 [師]很正確。 [過(guò)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(qǐng)大家看課本有關(guān)內(nèi)容,了解它們的用途。并總結(jié)出來(lái)。 [板書(shū)](3)用途 [學(xué)生看書(shū)后回答]二氧化硅可用來(lái)做光導(dǎo)纖維;石英可用來(lái)做石英鐘、石英表,耐高溫的石英玻璃;水晶可以用來(lái)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
11、器軸承,耐磨器皿和裝飾品等。 [師]大家回答得很全面。 [師]確實(shí),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(shí)也會(huì)對(duì)人體造成危害,使人患硅肺病,請(qǐng)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(lái)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(lèi)的健康和生存環(huán)境做出貢獻(xiàn)。 [過(guò)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(lái)學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題。 [板書(shū)]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
12、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(shū)]不溶于水,酸性比碳酸弱。 [師]硅酸可通過(guò)可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)得到,如: [講解并板書(shū)]Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+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(huì)進(jìn)一步失水得到二氧化硅。 [板書(shū)] H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O [過(guò)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
13、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(shū)]四、硅酸鹽 [師]請(qǐng)大家看以下實(shí)驗(yàn)。 [演示實(shí)驗(yàn)]取兩根一樣的干燥布條(其中一根在硅酸鈉溶液中浸過(guò))在火焰上燃燒。 [問(wèn)]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(shū)]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
14、泡過(guò)后既防腐又不易著火。浸過(guò)水玻璃的鮮蛋可以長(zhǎng)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(lèi)很多,結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜,通??捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹?lái)表示其組成。書(shū)寫(xiě)時(shí),應(yīng)把金屬元素的氧化物寫(xiě)在前面,若有多種金屬元素,按活潑性依次減弱的順序?qū)懗銎溲趸铮缓髮?xiě)SiO2,最后寫(xiě)H2O,且各氧化物之間要用“·”隔開(kāi)。如: [板書(shū)并講解] Na2SiO3 Na2O·SiO2 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O [師]粘土的主要成分也是硅酸鹽,是制造陶瓷器的主要原料。
15、[投影練習(xí)]閱讀下文,完成1~3題。 硅晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石,低溫下單質(zhì)硅不活潑,與空氣、H2O、酸均無(wú)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(jià)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(gè)生產(chǎn)車(chē)間,該高純硅廠家需要幾個(gè)車(chē)間 A.3個(gè) B.4個(gè) C.5個(gè) D.6個(gè) 2.生產(chǎn)原
16、理中沒(méi)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SiC C.產(chǎn)品中含有過(guò)量的硅石和焦炭 D.耗能太大 答案:1.C 2.B 3.B 4.Al2O3·2SiO2·2H2O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(lèi)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(lái)表示組成,如Na2SiO3改寫(xiě)成Na2O·SiO2。解此類(lèi)題時(shí),先把題
17、目所給氧化物反寫(xiě)過(guò)來(lái)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(shū)設(shè)計(jì) 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(diǎn)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(jiān)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(H2S
18、iO3) 不溶于水,酸性比碳酸弱 Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3 H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O 四、硅酸鹽 硅酸鈉(Na2SiO3) Na2O·SiO2 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O ●教學(xué)說(shuō)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(shí)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(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的歸納、總結(jié)和探究的能力。由于在初中已學(xué)過(guò)有關(guān)碳及其化合物的知識(shí),采用對(duì)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(shí),教師同時(shí)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(shí)踐中能辯證地看問(wèn)題。 本課時(shí)增加了一個(gè)有關(guān)水玻璃的實(shí)驗(yàn)。一是引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;再就是學(xué)生會(huì)印象深刻;更重要的是消除學(xué)生對(duì)陳述性知識(shí)的乏味感,也希望能對(duì)后面硅酸鹽工業(yè)的介紹,做一個(gè)很好的引子。 另外,如果授課時(shí)間允許,最好能專(zhuān)用一個(gè)課時(shí)來(lái)學(xué)習(xí)和整理碳及其化合物的有關(guān)知識(shí),以使碳族元素的知識(shí)更加豐富和條理化。 [注]碳及其化合物的有關(guān)知識(shí)可參考備課資料的知識(shí)補(bǔ)充部分。
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