硅和二氧化硅教案

第二节 硅和二氧化硅 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 SiO2+2NaOH === Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O CO2+NaOH === NaHCO3 SiO2+CaO　 　 CaSiO3 CO2+Na2O === Na2CO3 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： Na2SiO3 　 　　　Na2O·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 A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 B.二氧化硅通入水玻璃可以得到原硅酸 C.二氧化硅溶于水显酸性 D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 答案：B 本节课我们主要学习了硅及其化合物的有关知识，它们相互之间的关系，我们可用下图概括： 作业：P148一、二、三。 参考练习 1.怎样由二氧化硅制取硅酸？用有关反应的化学方程式表示之。 答案：2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O　　　 H2O+Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H4SiO4↓ H4SiO4===H2O+H2SiO3 2.Al2O3·2SiO2·2H2O是 A.混合物　　　　 B.两种氧化物的水化物　　　 C.硅酸盐　　　 D.铝酸盐 答案：C 3.下列离子方程式中不正确的是 A.往氢氧化钠溶液中通入过量的二氧化碳 CO2+OH-===HCO3- B.石英砂与烧碱反应制水玻璃 SiO2+2OH ===SiO32-+H2O C.碘化钾溶液跟适量溴水反应 2I +Br2===I2+2Br D.将金属钠投入水中 Na+2H2O===Na++2OH-+H2↑ 答案：D 碳及其化合物的有关知识可参考备课资料的知识补充部分。