7-2第二节 硅和二氧化硅教案1

第二节硅和二氧化硅

Ⅰ、教学目标

1.进一步运用元素周期律知识学习同主族元素及化合物性质的方法，并运用这些方

法学习硅和二氧化硅。

2.掌握硅和二氧化硅的重要性质和用途

Ⅱ、教学重点和难点：硅的性质及硅和二氧化硅的用途

Ⅲ、教学用品：多媒体等

Ⅳ、教学过程：

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，本节课我们重点来学习碳族元素中的硅及其化合物的有关知识。

第二节硅及其化合物

我们中国最小的汉字有多大，是在什么物质上写成的（仅2nm，在晶体硅的表面写成）一、硅(Si)

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？硅有几种同素异形体？熔沸点和硬度怎样？晶体硅有无导电性？

［学生阅读］P145 第一、二自然段

以上内容我们可总结如下：

以化合态存在于自然界，有两种同素异形体。

1．物理性质：晶体硅灰黑色，有金属光泽，脆而硬，熔、沸点很高，硬度很大，半导体。

硅单质的化学性质怎么样呢？

2．化学性质

〔讨论〕写出硅原子的结构简图，并与碳原子的结构示意图相比较，根据元素周期律知识，归纳一些硅的化学性质？

由于元素的化学性质主要决定于其最外层电子数。它们的最外层电子数相同，化学性质应该相似；它们的电子层数不同，说明它们在发生化学反应时的成键能力也不相同，而化学活动性有差异。

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。硅的结构与碳相似，硅的许多化学性质与碳相似。

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，如它也能和氧气反应生成二氧化硅。

我们可把上述硅单质的化学性质归纳如下：

常温下性质稳定

Si+2F2 === SiF4 Si+4HF === SiF4+2H2↑

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

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)。

硅的上述性质决定了硅有什么样的用途呢？

3．硅的用途

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。

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？

4．硅的制法

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。

SiO2+2C Si+2CO↑(工业制法)

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。

制备硅需要用二氧化硅，下面就学习硅的最高价氧化物——二氧化硅的性质。

二、二氧化硅(SiO2)

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？

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。

比较二氧化碳与二氧化硅的物理性质。

1．物理性质

它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。

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？阅读课本有关内容，并填写下表。

2．化学性质

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

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。硅酸只能通过间接方法得到（硅酸比碳酸弱，可通过硅酸盐与碳酸反应制得）。

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，属二氧化硅的特性。

我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：

不反应CO2+H2O H2CO3

SiO2+4HF === SiF4↑+2H2O 不反应

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

CO2+NaOH === NaHCO3

=== Na2CO3

SiO2+CaO CaSiO3CO2+Na2O

SiO2+2C Si+2CO↑CO2+C 2CO

已知玻璃中含有SiO2，回答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？（因为SiO2是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。）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。

3．用途

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，玛瑙为含有有色杂质的石英，可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。

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，请大家阅读课本“二氧化硅粉尘的危害”的内容。

前面提到的硅酸钠，是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是难溶于水的。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%。

三、硅酸盐

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，如：

Na2SiO3Na2O·SiO2

Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O

黏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

1.工业上制取单质硅是先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅，制得粗硅，然后将粗硅在高温下跟氯气反应生成一种液态物质。经蒸馏提纯后，再用氢气还原得到纯硅。写出上述反应的化学方程式。

答案：SiO2+2C Si+2CO↑ Si+2Cl2 SiCl4

SiCl4+2H2 Si+4HCl

2.下列说法正确的是