重庆市高一化学必修一第四章第一节《无机非金属材料的主角硅》全套教案.docx

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重庆市高一化学必修一第四章第一节《无机非金属材料的主角硅》全套教案

  教学准备

1.  教学目标

1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途。

2、了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质。

2.  教学重点/难点

重点：

二氧化硅的性质（尤其是作为酸性氧化物的性质）。

难点：

二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容。

3.  教学用具

多媒体,翻页笔,白板笔,白板刷

4.  标签

非金属,硅

  教学过程

［引入］我们生成的地球，它坚硬的地壳是由什么构成的？

        岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。

［问］一提到硅，同学们又能想到什么呢？

硅谷：

美国新兴的高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端.

半导体：

单晶硅是半导体器材的核心材料,硅半导体是集成电路的主要材料,估计在21世纪,硅仍然会占半导体材料的95%以上.

沙子、石英、水晶：

主要成分是硅的氧化物

光导纤维:

从石英玻璃熔融体中,拉出直径为100微米的细丝.再把千百根光导纤维组合并增强处理,就制成成光缆,其优点:

质轻,体积小,输送距离长,保密性好,

成本低.

［导入］从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都在扮演着主要的角色。

今天，就让我们一同来研究一下硅的氧化物------二氧化硅及硅酸和硅酸盐的性质。

［板书］第四章第一节无机非金属材料的主角------硅

（一）

［讲］硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约

占26.3%。

［投影］元素周期表

［讲］位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。

其中具有代表性的是其中的两位兄长。

碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有机界”。

其构成的煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石。

而它的弟弟------硅，地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤，“统治了地壳”，而当今硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。

［思考与交流］画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：

硅的化学性质活不活泼，为什么？

硅的化合价主要是多少？

［讲］Si原子最外层有四个电

子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。

主要形成四价的化合物。

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。

［思考］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？

单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结

合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。

［过］下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。

［板书］一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅（SiO2 ）

（1）存在

［讲］SiO2 是硅的重要化合物。

地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。

［投影］并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆

［讲］水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2 在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等。

［板书］

（2）用途

［投影小结］

①、制光导纤维

②、石英玻璃制化学仪器

③、石英表、石英钟

④、水晶制光学仪器和工艺品

⑤、玛瑙制精密轴承和装饰品

［讲］结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2的知识，思考一下，SiO2的物理性质有哪些，注意与CO2进行比较研究

［板书］（3）物理性质：

熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明

［思考］为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？

［讲］主要取决于结构的不同。

CO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2 是Si—O四面体结构［投影］硅氧四面体结构

［讲］[SiO4]四面体：

每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四

个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。

二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：

1,通常用SiO2 来表示二氧化硅的组成. 

［板书］（4）结构：

空间网状结构

［讲］我们说，结构决定性质，SiO2 的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决定了其化学性质的稳定性。

［板书］（5）化学性质：

稳定，不活泼

1 具有酸性氧化物的性质：

（不溶于水且不和水反应）

与强碱反应：

SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O

与碱性氧化物反应：

SiO2+CaO

CaSiO3 

［讲］SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。

比如酸性氧化物一般不与酸反应，而SiO2却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻璃的反应原理

［板书］2 与HF的反应：

SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O

［讲］除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应

［投影小结］

3 弱氧化性：

SiO2+2C

Si+2CO↑  （工

业上制粗硅）

4 与某些盐反应：

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2 ↑（工业上制玻璃的主要反应）

［思考与交流］1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？

HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。

2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？

NaOH溶液能与玻璃中的SiO2 反应生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘结而无法打开。

因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。

［过］刚才我们提到SiO2不能溶于H2O得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一种怎样制得的酸呢？

［板书］2、硅酸（H2SiO3）

［讲］H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。

［板书］硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

［问］SiO2 不溶于水且不和水反应，那么要如何制备硅酸呢？

结合初中制备CO2的方法来设想一下？

［讲］初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。

H2SiO3也是一种很弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢？

［投影实验］P76实验4-1

实验4-1：

向

饱和Na2SiO3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸

［问］若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 会有什么现象呢？

［板书］Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3 ↓

        Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3 ↓

［讲］所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。

硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。

硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。

［讲］如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2 

［板书］H2SiO3 

H2O+SiO2 

［活动与探究］硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计

一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。

［分析］利用CO2 溶于水产生H2CO3 ，

而H2CO3的酸性比H2SiO3 的酸性强，可以将CO2通入到Na2SiO3的溶液中。

［板书］Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓

［总结］本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性质及用途。

知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。

知道了SiO2在当前信息时代、IT产业中的重要作用。

化学知识可以帮助我们认识，了解世界，我们也可以用学过的知识进行发明、创造，造福人类。

［自我评价］

1、制造光导纤维的主要原料是（     ）

   A.晶体硅   B.二氧化硅   C.石墨   D.硅酸钠

2、下列说法正确的是（　　）

A．SiO2溶于水显酸性

B．CO2通入水玻璃（硅酸钠的水溶液）可得硅酸

C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子

3、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是（         ）

A.烧碱溶液      B.浓硫酸      C.氢氟酸     D.碳酸钠溶液

4、要除去SiO2 中的CaO杂质，最适宜的试剂是（          ）

A.纯碱溶液       B 盐酸       C 硫酸      D  苛性钠溶液

5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（   ）

A.石英坩埚   B.普通玻璃坩埚     C.铁坩埚    D.陶瓷坩埚

6、CO2 通入下列各溶液中,不可能产生沉淀的是              （    ）

A石灰水                       B饱和碳酸钠溶液

C硅酸钠溶液                D氯化钙溶液

  若最终产生沉淀的是（   ）

  课堂小结

见教学过程。

  课后习题

1.宣传科学知识，介绍高新科技，揭露伪科学，是科学工作者的义务，下列说法属

于伪科学的是（  ）。

A.以二氧化硅为主要原料制造光导纤维            

B.碳炉边放盆水，可防止煤气中毒

C.在墙壁刚粉刷过石灰浆的室内生一炭火盆，墙壁会冒汗    

D.用干冰进行人工降雨

2.下列说法正确的是（ ）

A．SiO2能和水发生化合反应生成硅酸       

B．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

C．SiO2的俗名叫水玻璃，不溶于水         

D．SiO2又叫水晶，能溶于NaOH溶液中

3.①盐酸、②浓硫酸、③氧气、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，能与地壳中含量第一和第二的两元素形成的化合物起化学反应的是（ ）

A．①②        B．④⑤         C．②④        D．③④

4.将过量的二氧化碳通入下列溶液中，最终会出现浑浊的是（ ）

A．氯化钙溶液   B．澄清的石灰水    C．水玻璃    D．硝酸钡溶液

5.熔融烧碱应选用的器皿是（ ）

A．铁制坩埚       B．普通玻璃坩埚    C．石英坩埚   D．陶瓷坩埚

6.下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是（ ）

A．＋4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应   B．单质在加热时都能与氧气反应

C．氧化物都能溶于水生成相应的酸       D．碳和硅两种元素都有能导电的单质

7.下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是（ ）

A．硅酸钠溶液    B．盐酸     C．氢氟酸      D．氢氧化钠溶液

8.和空气接触可发生非氧化还原反应的物质组合是（ ）

  ① Na  ②Na2SiO3溶液  ③Na2O2  ④烧碱溶液  ⑤石灰水 ⑥Fe（OH）2

A．①③④      B．②④⑤        C．②③⑥     D．①④⑤

9.某无色混合气体可能含有CO2.H2.CO和H2O（气）中的一种或几种，依次进行以下处理（假设每次处理均反应完全）：

①通过盛有硅胶的干燥管时，气体体积不变；②通过炽热的氧化铜时，固体变为红色；③通过白色CuSO4粉末时，粉末变蓝色；④通过澄清石灰水时，溶液变浑浊。

则原混合气体的成分不可能是

A H2和CO   B CO2、H2和CO   C H2O和CO2    D H2和CO2

10、已知CO和H2的混合气体称为水煤气，可由碳与水蒸气在高温下反应生成。

如下图：

已知：

单质E可作为半导体材料，化合物F是有毒的氧化物，C为液态。

据此，请填空：

（1）氧化物A是

（2

）化合物F是                                  

（3）反应②的化学方程式是                                     

（4）反应③的化学方程式是                   

【答案】1B 2D 3B 4C 5A 6C 7B 8B 9 C 

10、

（1）SiO2  

（2）CO

  板书

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅

一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅（SiO2 ）

（1）存在

（2）用途

（3）物理性质：

熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明

（4）结构：

空间网状结构

（5）化学性质：

稳定，不活泼

1 具有酸性氧化物的性质：

（不溶于水且不和水反应）

与强碱反应：

SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O

与碱性氧化物反应：

SiO2+CaO

CaSiO3 

2 与HF的反应：

SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O

2、硅酸（H2SiO3）

硅酸是一种弱酸

，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3 ↓

   Na2SiO3+H2

SO4==Na2SO4+H2SiO3 ↓

Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3 ↓

H2SiO3 

H2O+SiO2