第七章 碳族元素  无机非金属材料

第二节   硅和二氧化硅

知识目标：

1、熟练掌握硅和二氧化硅的化学性质；

2、了解硅和二氧化硅的特性及用途。

能力目标：培养学生的思考、判断能力。

美育目标：插图以及书前彩图的运用，新科技知识的介绍，激发学生热爱科学，运用科学为人类创造美的渴望。

教学重点：硅和二氧化硅的化学性质。

教学难点：1、如何调动学生对较简单枯燥的元素及化合物知识的学习的兴趣。

          2、根据所学碳以及元素周期律的知识，归纳出一些硅的化学性质。

师生活动设计：

1、  阅读教材第146页，并根据碳单质和二氧化硅的性质，归纳出硅及二氧化硅的性质，找出特殊性。

2、  阅读教材第146-147页内容归纳硅、二氧化硅的用途，硅酸盐用氧化物形式书写的方法。

3、  练习巩固。

〖引言〗上节课我们系统地介绍了碳族元素的结构特点及性质递变规律，本节课我们重点学习碳族元素中硅及其化合物二氧化硅的有关知识。

〖板书〗一、硅

〖引导〗 阅读P145的第一、二自然段，总结出硅的存在形态、结构特点、物性等方面内容，完成相应内容。

引1：硅在地壳中含量仅次于氧,居第二位。在自然界中，只有以化合态存在的硅。这些化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔点和沸点都很高，硬度也很大。它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

〖板书〗1、分布与存在：只以化合态存在，分布广泛含量仅次于氧。

2、物理性质：熔沸点高，硬度大，半导体。

引2根据所学的碳以及元素周期律的知识，归纳出一些硅的化学性质。完成相应内容。

硅的许多化学性质跟碳相似。在常温下，硅的化学性质不活泼，只与氟气、氢氟酸和强碱起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。

Si+  F₂ =                        Si+ HF =

Si+ NaOH=                       Si＋O₂

〖讲解〗 硅元素原子的最外电子层的电子数目与碳元素原子的最外电子层中的电子数目相同，都有4个电子，所以，硅的许多化学性质跟碳相似。在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。例如，加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量的热。

〖板书〗 3、化学性质：

〖过度〗 硅的这些化学性质决定了什么样用途呢？阅读P146第二段完成相应内容。

引3：硅是良好的半导体材料，硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件。含硅4％（质量分数）的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15％（质量分数）左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备等。

〖板书〗 4、硅的用途：

〖过度〗 大家都知道，电子工业上所用的硅都是纯度很高的硅，而自然界没有单质硅存在，那么，我们怎样制取呢？看书后回答，完成相应内容。

引4：工业上制取粗硅  SiO₂; SiO2＋2C Si＋2CO↑。

制高纯硅反应式为    Si+2Cl₂＝SiCl₄（400～500℃）、   。

〖板书〗 5、硅的制取： SiO₂＋2C Si＋2CO↑

〖讲解〗 由于自然界没有单质硅存在，因此，我们使用的硅,都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅。上述反应产物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，将粗硅提纯后，可以得到用作半导体材料的高纯硅。

〖选学〗 粗硅的提纯：首先，使Si跟Cl₂起反应：Si+2Cl₂＝SiCl₄（400～500℃）生成的SiCl₄液体通过精馏，除去其中硼、砷等杂质。然后，用H₂还原SiCl₄： 这就得到纯度较高的多晶硅。　

〖引入〗 我们许多人家里有石英钟，身上还带有石英电子表，大家知道为什么以石英命名，石英又是什么？

〖回答〗二氧化硅

〖板书〗二、二氧化硅

〖引导〗 CO₂、SiO₂都是IVA族元素形成的最高价氧化物，回忆初中学过的二氧化碳的性质，并看书归纳二氧化硅的性质，完成引导5中存在、物性、化性三栏。

引导5：

二氧化碳

二氧化硅

存在

空气

存在于岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土等都含二氧化硅

物理性质

熔点、沸点低，常温为气体

坚硬难熔的固体

化

学性质

1、与水

CO₂+H₂O＝H₂CO₃

不反应

2、与酸

不反应

3、与NaOH溶液

CO₂+2NaOH＝Na₂CO₃ 

4、与CaO

CO₂+ CaOCaCO₃ 

用途

饮料、制碱

光导纤维、光学仪器、化学仪器、钟表、电子部件

〖板书〗 1、物理性质：坚硬难溶的固体。

〖讲解〗CO₂、SiO₂的物理性质差别很大，二氧化碳是一种无色无味的气体，二氧化硅是一种坚硬难熔的固体。是因为二氧化碳是分子晶体，而二氧化硅是原子晶体。

〖提问〗 CO₂、SiO₂的化学性质共性是什么？对应的酸是什么？

〖讲解〗 CO₂、SiO₂的化学性质差别不很大，比较相似，都能与碱性氧化物或强碱反应生成盐，都是酸性氧化物。二氧化硅对应的水化物是硅酸（H₂SiO₃）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水,是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱。

〖板书〗2、化学性质：不溶液于水的酸性氧化物。     

〖讨论〗 为什么实验室中盛放碱液的试剂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    产物硅酸钠是一种粘合剂，容易使瓶塞与瓶颈粘在一起而打不开。

〖过渡〗 二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。请大家看书了解它们的用途。并填入引导5。

〖板书〗 3、用途：

〖讲解〗 二氧化硅的用途很广，可用来做高性能通讯材料光导纤维；石英可用来制造石英电子表、石英钟，耐高温的石英玻璃；透明的石英晶体，就是我们常说的水晶。水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器，也用来制成高级工艺品和眼镜片等。二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害，使人患硅肺病。详细内容请读课本P151相关资料。

〖板书〗 三、硅酸、硅酸盐组成的表示方法

〖过度〗 刚才提到二氧化硅不能溶于水得到对应的酸――硅酸（H₂SiO₃）。那么硅酸是怎样一种酸？又怎能样制取呢？

〖板书〗1、硅酸：不溶于水，酸性比碳酸弱。

〖讲解〗 二氧化硅对应的水化物是硅酸（H₂SiO₃）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水,是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱。

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

〖思考〗 请与出一个能表示硅酸比碳酸弱的化学反应方程式。

〖板书〗2、硅酸盐组成的表示方法：

〖讲解〗硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5％。粘土的主要成分是硅酸盐。粘土是制造陶瓷器的主要原料。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书与时，应把金属氧化物与在最前面，然后写SiO₂，最后写H₂O。且各种氧化物之间用“?”隔开。如:

〖板书并讲解〗硅酸钠 Na₂SiO₃  (Na₂O?SiO₂)

高岭石 Al₂(Si₂O₅)(OH)₄   (Al₂O₃?2SiO₂?2H₂O)

〖练习〗镁橄榄石  Mg₂SiO₄   2MgO?SiO₂         

正长石    KAlSi₃O₈ K₂O?Al₂O₃?6SiO₂   

〖选讲〗 硅酸钠是一种最常见的硅酸盐，它的水溶液俗称水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，可用作建筑上的粘合剂。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作防腐剂，木材、纺织品等浸过水玻璃后，不但能防腐而且不易着火。

〖课外选作练习〗

1、下列说法正确的是 [ ]

A．二氧化硅溶于水显酸性      B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸

C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强

D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸

分析：此题是关于硅及其化合物性质的选择题，宜采用筛选法。

A．SiO2很难溶于水，无法显酸性。

B．原硅酸酸性比碳酸弱，CO2通入水玻璃（Na2SiO3溶液）会发生强酸制取弱酸的复分解反应：Na2SiO3＋2H2O＋CO2==Na2CO3＋H4SiO4↓

C．高温时如下反应可以进行：SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑

但因为CO2成气态逸出，并不说明硅酸比碳酸强，硅酸和碳酸酸性强弱的比较是指在水溶液中的情况。

D．SiO2可以溶于氢氟酸中，这是SiO2的一个重要特性。

SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

答案：B

〖板书〗

                                                                    第七章 碳族元素  无机非金属材料

第二节   硅和二氧化硅

一、硅

1．   分布与存在

(1)  存在：只以化合态存在

(2)  分布：分布广泛含量仅次于氧

2、物理性质：熔沸点高，硬度大，半导体。

3、化学性质：不溶液于水的酸性氧化物。

4、硅的用途：

5、硅的制取：硅的制取： SiO₂＋2C Si＋2CO↑

二、二氧化硅

        1、物理性质：坚硬难溶的固体。

        2、化学性质：

        3、用途：

三、硅酸、硅酸盐组成的表示方法

        1、硅酸：不溶于水，酸性比碳酸弱。

        2、硅酸盐组成的表示方法：

          硅酸钠 Na₂SiO₃  (Na₂O?SiO₂)

高岭石 Al₂(Si₂O₅)(OH)₄   (Al₂O₃?2SiO₂?2H₂O)