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)生對知識歸納、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(diǎn)、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(diǎn)高、硬度大？

　　［生］因?yàn)樗慕Y(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(diǎn)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+2H2↑

　　Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑ Si+O2 SiO2

　　［師］除此以外，硅在高溫時還可分別與碳及氮?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+2C Si+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ⅣA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。

　　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?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(jiān)硬難熔的固體，不溶于水。

　　［板書］堅(jiān)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+H2O H2CO3

　　SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O 不反應(yīng)

　　SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O

　　CO2+NaOH====NaHCO3

　　SiO2+CaO CaSiO3

　　CO2+Na2O====Na2CO3

　　SiO2+2C Si+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］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(shí)驗(yàn)室中盛放堿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。

　　［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(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↓+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進(jìn)一步失水得到二氧化硅。

　　［板書］ H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+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(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）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，通常可用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成。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铮缓髮慡iO2，最后寫H2O，且各氧化物之間要用“”隔開。如：

　　［板書并講解］ Na2SiO3 Na2OSiO2

　　Al2（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1~3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SiC

　　C.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.B

　　4.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