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

知識(shí)目標(biāo)：

1、熟練掌握硅和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)；

2、了解硅和二氧化硅的特性及用途。

能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的思考、判斷能力。

美育目標(biāo)：插圖以及書前彩圖的運(yùn)用，新科技知識(shí)的介紹，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)，運(yùn)用科學(xué)為人類創(chuàng)造美的渴望。

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)：1、如何調(diào)動(dòng)學(xué)生對較簡單枯燥的元素及化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)的興趣。

          2、根據(jù)所學(xué)碳以及元素周期律的知識(shí)，歸納出一些硅的化學(xué)性質(zhì)。

師生活動(dòng)設(shè)計(jì)：

1、  閱讀教材第146頁，并根據(jù)碳單質(zhì)和二氧化硅的性質(zhì)，歸納出硅及二氧化硅的性質(zhì)，找出特殊性。

2、  閱讀教材第146-147頁內(nèi)容歸納硅、二氧化硅的用途，硅酸鹽用氧化物形式書寫的方法。

3、  練習(xí)鞏固。

 

〖引言〗上節(jié)課我們系統(tǒng)地介紹了碳族元素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性質(zhì)遞變規(guī)律，本節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)碳族元素中硅及其化合物二氧化硅的有關(guān)知識(shí)。

〖板書〗一、硅

〖引導(dǎo)〗 閱讀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)、物性等方面內(nèi)容，完成相應(yīng)內(nèi)容。

引1：硅在地殼中含量僅次于氧,居第二位。在自然界中，只有以化合態(tài)存在的硅。這些化合態(tài)的硅廣泛存在于地殼的各種礦物和巖石里。硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度也很大。它的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。

〖板書〗1、分布與存在：只以化合態(tài)存在，分布廣泛含量僅次于氧。

2、物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)高，硬度大，半導(dǎo)體。

引2根據(jù)所學(xué)的碳以及元素周期律的知識(shí)，歸納出一些硅的化學(xué)性質(zhì)。完成相應(yīng)內(nèi)容。

硅的許多化學(xué)性質(zhì)跟碳相似。在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿起反應(yīng)。在加熱條件下，硅能跟一些非金屬反應(yīng)。

Si+  F2 =                        Si+ HF =

Si+ NaOH=                       Si＋O2

 

〖講解〗 硅元素原子的最外電子層的電子數(shù)目與碳元素原子的最外電子層中的電子數(shù)目相同，都有4個(gè)電子，所以，硅的許多化學(xué)性質(zhì)跟碳相似。在常溫下，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、硫酸、硝酸等起反應(yīng)。在加熱條件下，硅能跟一些非金屬反應(yīng)。例如，加熱時(shí)，研細(xì)的硅能在氧氣中燃燒，生成二氧化硅并放出大量的熱。

〖板書〗 3、化學(xué)性質(zhì)：

〖過度〗 硅的這些化學(xué)性質(zhì)決定了什么樣用途呢？閱讀P146第二段完成相應(yīng)內(nèi)容。

引3：硅是良好的半導(dǎo)體材料，硅可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件。含硅4％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鋼具有良好的導(dǎo)磁性，可用來制造變壓器鐵芯；含硅15％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右的鋼具有良好的耐酸性，可用來制造耐酸設(shè)備等。

〖板書〗 4、硅的用途：

〖過度〗 大家都知道，電子工業(yè)上所用的硅都是純度很高的硅，而自然界沒有單質(zhì)硅存在，那么，我們怎樣制取呢？看書后回答，完成相應(yīng)內(nèi)容。

 

引4：工業(yè)上制取粗硅  SiO2; SiO2＋2C Si＋2CO↑。

制高純硅反應(yīng)式為    Si+2Cl2＝SiCl4（400～500℃）、   。

〖板書〗 5、硅的制�。� SiO2＋2C Si＋2CO↑

〖講解〗 由于自然界沒有單質(zhì)硅存在，因此，我們使用的硅,都是從它的化合物中提取的。在工業(yè)上，用碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅。上述反應(yīng)產(chǎn)物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，將粗硅提純后，可以得到用作半導(dǎo)體材料的高純硅。

〖選學(xué)〗 粗硅的提純：首先，使Si跟Cl2起反應(yīng)：Si+2Cl2＝SiCl4（400～500℃）生成的SiCl4液體通過精餾，除去其中硼、砷等雜質(zhì)。然后，用H2還原SiCl4： 這就得到純度較高的多晶硅�！�

〖引入〗 我們許多人家里有石英鐘，身上還帶有石英電子表，大家知道為什么以石英命名，石英又是什么？

〖回答〗二氧化硅

〖板書〗二、二氧化硅

〖引導(dǎo)〗 CO2、SiO2都是IVA族元素形成的最高價(jià)氧化物，回憶初中學(xué)過的二氧化碳的性質(zhì)，并看書歸納二氧化硅的性質(zhì)，完成引導(dǎo)5中存在、物性、化性三欄。

引導(dǎo)5：

 

二氧化碳

二氧化硅

存在

空氣

存在于巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土等都含二氧化硅

物理性質(zhì)

熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，常溫為氣體

堅(jiān)硬難熔的固體

化

學(xué)性質(zhì)

1、與水

CO2+H2O＝H2CO3

不反應(yīng)

2、與酸

不反應(yīng)

 

3、與NaOH溶液

CO2+2NaOH＝Na2CO3 

 

4、與CaO

CO2+ CaOCaCO3 

 

用途

飲料、制堿

光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、化學(xué)儀器、鐘表、電子部件

〖板書〗 1、物理性質(zhì)：堅(jiān)硬難溶的固體。

〖講解〗CO2、SiO2的物理性質(zhì)差別很大，二氧化碳是一種無色無味的氣體，二氧化硅是一種堅(jiān)硬難熔的固體。是因?yàn)槎趸际欠肿泳w，而二氧化硅是原子晶體。

〖提問〗 CO2、SiO2的化學(xué)性質(zhì)共性是什么？對應(yīng)的酸是什么？

〖講解〗 CO2、SiO2的化學(xué)性質(zhì)差別不很大，比較相似，都能與堿性氧化物或強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽，都是酸性氧化物。二氧化硅對應(yīng)的水化物是硅酸（H2SiO3）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取。硅酸不溶于水,是一種弱酸，它的酸性比碳酸還要弱。

〖板書〗2、化學(xué)性質(zhì)：不溶液于水的酸性氧化物。     

〖討論〗 為什么實(shí)驗(yàn)室中盛放堿液的試劑瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？

〖答案〗SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O    產(chǎn)物硅酸鈉是一種粘合劑，容易使瓶塞與瓶頸粘在一起而打不開。

〖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。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。請大家看書了解它們的用途。并填入引導(dǎo)5。

〖板書〗 3、用途：

〖講解〗 二氧化硅的用途很廣，可用來做高性能通訊材料光導(dǎo)纖維；石英可用來制造石英電子表、石英鐘，耐高溫的石英玻璃；透明的石英晶體，就是我們常說的水晶。水晶常用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學(xué)儀器，也用來制成高級(jí)工藝品和眼鏡片等。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)對人體造成危害，使人患硅肺病。詳細(xì)內(nèi)容請讀課本P151相關(guān)資料。

〖板書〗 三、硅酸、硅酸鹽組成的表示方法

〖過度〗 剛才提到二氧化硅不能溶于水得到對應(yīng)的酸――硅酸（H2SiO3）。那么硅酸是怎樣一種酸？又怎能樣制取呢？

〖板書〗1、硅酸：不溶于水，酸性比碳酸弱。

〖講解〗 二氧化硅對應(yīng)的水化物是硅酸（H2SiO3）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取。硅酸不溶于水,是一種弱酸，它的酸性比碳酸還要弱。

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓  Na2SiO3+H2O+2HCl=H4SiO4↓+2NaCl （選學(xué)）

〖思考〗 請與出一個(gè)能表示硅酸比碳酸弱的化學(xué)反應(yīng)方程式。

〖板書〗2、硅酸鹽組成的表示方法：

〖講解〗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％。粘土的主要成分是硅酸鹽。粘土是制造陶瓷器的主要原料。硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通常可用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成。書與時(shí)，應(yīng)把金屬氧化物與在最前面，然后寫SiO2，最后寫H2O。且各種氧化物之間用“?”隔開。如:

〖板書并講解〗硅酸鈉 Na2SiO3  (Na2O?SiO2)

高嶺石 Al2(Si2O5)(OH)4   (Al2O3?2SiO2?2H2O)

〖練習(xí)〗鎂橄欖石  Mg2SiO4   2MgO?SiO2         

正長石    KAlSi3O8 K2O?Al2O3?6SiO2   

〖選講〗 硅酸鈉是一種最常見的硅酸鹽，它的水溶液俗稱水玻璃。水玻璃是無色粘稠的液體，是一種礦物膠，可用作建筑上的粘合劑。硅酸鈉不能燃燒且不易受腐蝕，可用作防腐劑，木材、紡織品等浸過水玻璃后，不但能防腐而且不易著火。

 

 

〖課外選作練習(xí)〗

1、下列說法正確的是 [ ]

A．二氧化硅溶于水顯酸性      B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸

C．因?yàn)楦邷貢r(shí)二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)

D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸

分析：此題是關(guān)于硅及其化合物性質(zhì)的選擇題，宜采用篩選法。

A．SiO2很難溶于水，無法顯酸性。

B．原硅酸酸性比碳酸弱，CO2通入水玻璃（Na2SiO3溶液）會(huì)發(fā)生強(qiáng)酸制取弱酸的復(fù)分解反應(yīng)：Na2SiO3＋2H2O＋CO2==Na2CO3＋H4SiO4↓

C．高溫時(shí)如下反應(yīng)可以進(jìn)行：SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑

但因?yàn)镃O2成氣態(tài)逸出，并不說明硅酸比碳酸強(qiáng)，硅酸和碳酸酸性強(qiáng)弱的比較是指在水溶液中的情況。

D．SiO2可以溶于氫氟酸中，這是SiO2的一個(gè)重要特性。

SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

答案：B

〖板書〗

                                                                    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

一、硅

1．   分布與存在

(1)  存在：只以化合態(tài)存在

(2)  分布：分布廣泛含量僅次于氧

2、物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)高，硬度大，半導(dǎo)體。

3、化學(xué)性質(zhì)：不溶液于水的酸性氧化物。

4、硅的用途：

5、硅的制�。汗璧闹迫。� SiO2＋2C Si＋2CO↑

二、二氧化硅

        1、物理性質(zhì)：堅(jiān)硬難溶的固體。

        2、化學(xué)性質(zhì)：

        3、用途：

三、硅酸、硅酸鹽組成的表示方法

        1、硅酸：不溶于水，酸性比碳酸弱。

        2、硅酸鹽組成的表示方法：

          硅酸鈉 Na2SiO3  (Na2O?SiO2)

高嶺石 Al2(Si2O5)(OH)4   (Al2O3?2SiO2?2H2O)


同步練習(xí)冊答案