硅和二氧化硅

我们国家是一个历史悠久的文明古国，有很多的发明创造，其中一万年前就制出了陶器，还有举世文明的秦兵马俑，展示了当时制陶的规模和高超的技术和艺术水平，那同学们知道陶瓷的主要成分是什么么？1、对，是硅元素，同学们都非常聪明，这节课呢我们就来学习一下硅和二氧化硅。

2、这就是我们今天要学习的内容，硅和二氧化硅。

［板书］第一课时硅和二氧化硅［引言］请大家看课本彩图中的硅单质照片。

［过渡］首先，我们来认识一下元素含量居于自然界第二的硅单质的性质。

［板书］一、硅（Si）［学生阅读］［问］硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？［生］硅以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。

［问］硅有几种同素异形体？分别是什么？［生］硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。

［问］为什么晶体硅的熔沸点高、硬度大？［生］因为它的结构类似于金刚石。

［问］硅的导电性怎样？［生］介于金属与非金属之间，是半导体。

［师］很好。

以上内容我们可总结如下：［板书］以化合态存在于自然界，有两种同素异形体。

（1）物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。

［过渡］那么，硅单质的化学性质又有哪些？其与同主族的碳相比，是否一样？下面，我们就来学习这个问题。

［板书］（2）化学性质［师］请大家根据初中所学知识回答，碳单质有哪些化学性质？［生］碳单质在常温下性质稳定，高温时可与氧气等活泼非金属反应。

在化学反应中常做还原剂。

［师］回答得很好。

那么，硅的性质是否也如此呢？请大家阅读课本P146第一自然段进行总结。

［学生阅读后回答］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、硝酸、硫酸等起反应。

加热时，能跟一些非金属反应，如它能和氧气反应生成二氧化硅。

［师］对。

我们可把上述硅单质的化学性质归纳如下：［讲解并板书］常温下性质稳定Si+2F2====SiF4 Si+4HF====SiF4+2H2↑Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+O2 SiO2［师］除此以外，硅在高温时还可分别与碳及氮气反应生成熔沸点很高、硬度很大的金刚砂——碳化硅（SiC）及氮化硅（Si3N4）。

［过渡］物质的用途由其性质决定，硅的这些性质决定了硅什么样的用途呢？请大家阅读课本P146第二自然段和课本P147选学内容“硅的用途”。

［板书］（3）硅的用途［学生阅读后回答］可以用来制集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池，还可以用来制造变压器铁芯及耐酸设备等。

［师］回答得很好。

不过，大家需要知道的是，电子工业上所用的硅，都是纯度很高的硅，而由我们刚才所学知识知道，自然界没有单质硅存在。

那么，我们怎样制取硅呢？请大家看课本后回答。

［板书］（4）硅的制法［学生看书后回答］我们使用的硅，都是从硅的化合物中提取的。

工业上用碳和二氧化硅在高温下反应制取硅。

［板书］SiO2+2C Si+2CO↑（工业制法）［师］注意！上述反应中的产物是一氧化碳，而不是二氧化碳。

另外，通过上述反应所制得的硅只是粗硅，用做半导体材料时，还需将其提纯。

［过渡］硅在常温下性质稳定，但在受热条件下可与氧气反应生成二氧化硅。

接下来，我们来学习硅的最高价氧化物——二氧化硅的性质。

［板书］二、二氧化硅（SiO2）［问］二氧化硅与二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高价氧化物，它们的性质是否相同呢？请大家回忆我们初中学过的二氧化碳的性质，并从物理性质和化学性质两方面回答。

［生］二氧化碳的物理性质是：常温常压下是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。

化学性质是：本身不燃烧，一般情况下也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，是酸性氧化物。

［师］大家回答得很流利。

请问，有没有固体的二氧化碳？［生］有！固体的二氧化碳叫干冰。

［师］干冰可以用来人工降雨，为什么？［生］因为干冰有易升华的性质。

［师］那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？请大家看课本有关内容，比较二氧化碳与二氧化硅的物理性质。

［板书］（1）物理性质［学生看书后回答］二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。

［板书］坚硬难溶的固体，不溶于水。

［过渡］二氧化硅的化学性质与二氧化碳相比，是不是也有这么大的差异呢？请大家阅读课本有关内容，并填写下表。

［板书］（2）化学性质［投影展示］SiO2与CO2化学性质的比较物质二氧化硅（SiO2）二氧化碳（CO2）与水反应与酸反应与碱反应与碱性氧化物反应与碳反应［找一个同学把答案填写在胶片上，不足部分由教师和学生共同补充］注：［上表答案］不反应 CO2+H2O H2CO3SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O不反应SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH====Na2CO3+H2OCO2+NaOH====NaHCO3SiO2+CaO CaSiO3CO2+Na2O====Na2CO3SiO2+2C Si+2CO↑CO2+C====2CO［师］从上表可以看出，二氧化硅能与碱反应生成相应的盐和水，是一种酸性氧化物，它不能溶于水得到相应的酸——硅酸。

酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。

以上两点，属二氧化硅的特性。

由此，我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：［讲解并板书］不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。

［问题探究］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。

［生］因为玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使玻璃瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。

［师］很正确。

［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。

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，水晶是纯度较高的二氧化硅。

请大家看课本有关内容，了解它们的用途。

并总结出来。

［板书］（3）用途［学生看书后回答］二氧化硅可用来做光导纤维；石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。

［师］大家回答得很全面。

［师］确实，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，请大家阅读课本P148“二氧化硅粉尘的危害”的内容。

［学生阅读后］［师］希望大家努力学习，并能在将来发明和创造一些新的技术，新的设备以控制空气中粉尘的含量，从而为人类的健康和生存环境做出贡献。

［过渡］刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。

那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。

［板书］三、硅酸（H2SiO3）［师］从上一节我们比较同主族元素的性质知道，硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

［板书］不溶于水，酸性比碳酸弱。

［师］硅酸可通过可溶性硅酸盐与酸反应得到，如：［讲解并板书］Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaClNa2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3［讲解］生成的H4SiO4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。

硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。

［板书］H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O［过渡］刚才我们提到的硅酸钠，是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是不溶于水的。

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%。

［板书］四、硅酸盐［师］请大家看以下实验。

［演示实验］取两根一样的干燥布条（其中一根在硅酸钠溶液中浸过）在火焰上燃烧。

［问］两根布条燃烧的情况一样吗？现象有何不同？［生］不一样。

一根很容易燃烧，一根不燃。

［师］是什么原因造成了这样的差别呢？答案在这里！［板书］硅酸钠（Na2SiO3）［讲解］不燃的布条是由于我预先在硅酸钠溶液中浸泡并晒干的。

这也是硅酸钠的用途之一。

硅酸钠的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很广，建筑工业及造纸工业用它做粘合剂。

木材或织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火。

浸过水玻璃的鲜蛋可以长期保存。

水玻璃还用作软水剂，洗涤剂和制肥皂的填料。

它也是制硅胶和分子筛的原料。

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。

书写时，应把金属元素的氧化物写在前面，若有多种金属元素，按活泼性依次减弱的顺序写出其氧化物，然后写SiO2，最后写H2O，且各氧化物之间要用“•”隔开。

如：［板书并讲解］Na2SiO3 Na2O•SiO2Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O3•2SiO2•2H2O［师］粘土的主要成分也是硅酸盐，是制造陶瓷器的主要原料。

［投影练习］阅读下文，完成1~3题。

硅晶体结构类似于金刚石，低温下单质硅不活泼，与空气、H2O、酸均无作用，但可与强碱和强氧化剂在适当温度下作用，如硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅，高价态硅的化合物可在高温下被碳、镁、氢等还原剂还原成单质硅；工业上也可用硅石与焦炭在高温下制金刚砂（SiC），某高纯硅炼制厂利用食盐、石英、水、焦炭为原料制取用作半导体材料的高纯硅。

1.假设根据每步反应建立一个生产车间，该高纯硅厂家需要几个车间A.3个B.4个C.5个D.6个2.生产原理中没有涉及到的反应是A.置换反应B.复分解反应C.化合反应D.电解反应3.该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是A.产量太低B.产品中含SiCC.产品中含有过量的硅石和焦炭D.耗能太大答案：1.C 2.B 3.B4.Al2O3•2SiO2•2H2O是A.混合物B.硅酸盐C.两种氧化物的水化物D.铝酸盐解析：硅酸盐的种类繁多，结构复杂，人们通常用金属氧化物和二氧化硅的形式来表示组成，如Na2SiO3改写成Na2O•SiO2。

解此类题时，先把题目所给氧化物反写过来则为Al2（Si2O5）•（OH）4，为高岭石，即为硅酸盐，不是混合物，也不是两种氧化物的水化物，更不是铝酸盐。

答案：B●板书设计第三节硅和二氧化硅一、硅（Si）以化合态存在于自然界；有两种同素异形体。

（1）物理性质：熔沸点高、硬度大、半导体。

（2）化学性质常温下性质稳定Si+O2 SiO2（3）硅的用途（4）硅的制法SiO2+2C Si+2CO↑（工业制法）二、二氧化硅（SiO2）（1）物理性质：坚硬难溶的固体，不溶于水。

（2）化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。

（3）用途三、硅酸（H2SiO3）不溶于水，酸性比碳酸弱Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O四、硅酸盐硅酸钠（Na2SiO3）Na2O•SiO2Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O3•2SiO2•2H2O ●教学说明本节课采用了学生自学、教师引导归纳，并同已学知识相比较的教学方法，目的是为了让学生更多地参与教学，并在学习的过程中培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力。