高中化学必修一第四章第一节无机非金属材料的主角——硅教案

第四章第一节

无机非金属材料的主角——硅

教学目标：

1.了解硅在自然界中的含量、存在；

2.了解硅单质、二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质，了解两者的用途；

3．了解硅酸的性质，掌握硅酸钠的用途；了解传统硅酸盐产品的用途；

4．了解新型无机非金属材料的用途及开展前景；

5.通过硅酸的制备，硅酸钠的性质实验，学习实验设计的思维方式。

教学重难点：

重点：硅、二氧化硅和硅酸的主要性质，硅酸盐的表示

难点：硅、二氧化硅的化学性质，硅酸盐的表示

教学过程：

同学们，我们在第三章学习了金属及其化合物，也知道在我们自然界和日常生活中，金属广泛存在，那么除了金属以外，还有非金属，从今天这节课开始，我们将学习非金属。第四章第一

节无机非金属材料的主角——硅。

地壳中的元素有哪些，同学们还记得吗？请同学们回想一下。我们在已经学习了氧元素，那么硅元素有哪些我们要学习掌握的呢？

【硅元素在自然界中的存在】〔PPT展示图片〕硅在地壳中的含量为26.3％，仅次于氧。硅的化合物构成了地壳中大局部的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。硅在自然界的存在形态：——没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中。

【硅和碳的比拟】我们再来看一下硅元素在元素周期表中的位置，在碳的下面，请同学们画出碳和硅的原子结构示意图〔PPT 展示另个原子结构示意图〕，硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。二者的电子层数不同，所以其性质也有差异性。碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的根本元素。

我们按照前面学习的顺序，了解一下硅单质。

展示图片——单质硅，归纳单质硅的物理性质。

1.物理性质：〔1〕灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体

〔2〕熔、沸点高、硬度大

〔3〕晶体硅是良好的半导

我们了解到硅原子最外层为4个电子，既不易失去也不易得到电子，常温下硅单质的化学性质不活泼。那硅单质具有哪些化学性质呢？

〔1〕常温下只和F2、HF、强碱反响

Si + 2F2 === SiF4

Si + 4 HF === SiF4 + 2H2

Si + 2NaOH + H2O ===Na2SiO3 + 2H2

〔2〕加热时能和O2反响

△

Si + O2====SiO2

3.用途：半导体材料、制合金、制太阳能电池等

4.硅的制备

〔1〕SiO2+2C == Si+2CO ↑〔粗硅〕

假设C过量：

SiO2+3C == SiC + 2CO ↑

〔2〕 Si+2Cl2 == SiCl4

〔3〕SiCl4+2H2 == Si+4HCl 〔高纯硅〕

常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然

界中有稳定的单质〔金刚石〕存在，而硅却没有，说明了什么？请同学们阅读教材第74页。

硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

展示图片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, 是一种坚硬难熔的固体。

二氧化硅是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶型和无定型。

SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。结晶的二氧化硅叫石英；天然二氧化硅叫硅石。其实石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶，而具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。水晶和玛瑙经常拿来做什么呢？对的，经常用来做饰物。〔PPT展示图片〕而无定型硅有硅藻土等。

我们说结构决定性质，那么二氧化硅有什么性质呢？我们先来看一下它的结构。〔PPT展示结构〕大家看一下它的结构，一个硅和多少个氧相连？一个氧和多少个硅相连？实际上，二氧化硅晶体是由硅和氧按1:2的比例缩组成的立体网状结构的晶体。独立一个单元结构出来就是一个硅和四个氧相连，硅在中心，四个氧4个在顶角，形成了四面体结构。但是你们要注意二氧化硅晶体是立体网状结构，只是用SiO2来表示二氧化硅的组成。

根据SiO2的存在，分析 SiO2有哪些物理性质？与CO2的物理性质有何区别？〔从水溶性、硬度、熔点考虑〕我们来看一下二氧化硅的物理性质〔PPT列表，了解二氧化硅的物理性质〕，同学们把它写到课本76页上面那里思考与交流的物理性质那里。

二氧化硅

物理性质：硬度大，熔点高，难溶于水

二氧化硅是酸性氧化物，同学们还记得什么是酸性氧化物吗？酸性氧化物那有什么共性呢？

1.二氧化硅具有酸性氧化物的通性：

能和碱反响生成盐和水

SiO2＋ 2NaOH = Na2SiO3＋H2O

能和碱性氧化物反响

SiO2＋CaO = =CaSiO3

下面请同学们思考：为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞?

是因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反响，生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起，所以不能用玻璃塞。

2.难溶于水，不与水反响

3.SiO2的特性——与氢氟酸〔HF〕反响

4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O

〔PPT展示〕玻璃中含有二氧化硅，要雕刻玻璃的花纹图案时，先在玻璃上铺上一层蜡，在石蜡上雕刻出花纹，在挖空的那局部参加氢氟酸，等反响后洗掉酸和石蜡，玻璃的雕花就完成了。

想一想：1、实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸〔HF〕？为什么？

实验室用塑料瓶来盛装HF。

想一想：2、二氧化硅既能和酸反响，又能和碱反响，能将二氧化硅称为两性氧化物吗？为什么？

两性氧化物是指和酸碱反响生成盐和水的化合物，SiF4不是盐，是卤化物。

〔PPT图片展示〕我们学习了二氧化硅的物理性质及它的化学性质，下面我们来看一下它的用途。同学们看到课本75页，二氧化硅可以用来做什么？用作建筑材料，饰物，石英坩埚，光导纤维等。

硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水；是一种弱酸，酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色。我们知道，二氧化碳溶于水生成碳酸，那么我们要得到硅酸时能不能把二氧化硅溶于水形成呢？

对的，二氧化硅是不溶于水的，那我们怎么才能得到硅酸呢？