2022年高一化學《硅和二氧化硅》教案

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1、2022年高一化學《硅和二氧化硅》教案 教學目標 1. 進一步運用元素周期律知識學習同主族元素及化合物性質(zhì)的方法,并運用這些方法學習硅和二氧化硅。 2. 掌握硅和二氧化硅的重要性質(zhì)和用途 教學重點和難點:硅的性質(zhì)及硅和二氧化硅的用途 教學用品:多媒體 等 教學過程: 上節(jié)課我們系統(tǒng)地介紹了碳族元素的結(jié)構(gòu)特點及性質(zhì)遞變規(guī)律,本節(jié)課我們重點來學習碳族元素中的硅及其化合物的有關(guān)知識。 第二節(jié) 硅及其化合物 我們中國最小的漢字有多大,是在什么物質(zhì)上寫成的(僅2nm,在晶體硅的表面寫成) 一、硅(Si) 硅元素以什么形態(tài)存在于自然界?硅元素主要存在于什么物質(zhì)里?硅有幾種同素異形

2、體?熔沸點和硬度怎樣?晶體硅有無導電性? [學生閱讀]P145 第一、二自然段 以上內(nèi)容我們可總結(jié)如下: 以化合態(tài)存在于自然界,有兩種同素異形體。 1.物理性質(zhì):晶體硅灰黑色,有金屬光澤,脆而硬,熔、沸點很高,硬度很大,半導體。 硅單質(zhì)的化學性質(zhì)怎么樣呢? 2.化學性質(zhì) 〔討論〕寫出硅原子的結(jié)構(gòu)簡圖,并與碳原子的結(jié)構(gòu)示意圖相比較,根據(jù)元素周期律知識,歸納一些硅的化學性質(zhì)? 由于元素的化學性質(zhì)主要決定于其最外層電子數(shù)。它們的最外層電子數(shù)相同,化學性質(zhì)應該相似;它們的電子層數(shù)不同,說明它們在發(fā)生化學反應時的成鍵能力也不相同,而化學活動性有差異。 碳單質(zhì)在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定,高溫時

3、可與氧氣等活潑非金屬反應。在化學反應中常做還原劑。硅的結(jié)構(gòu)與碳相似,硅的許多化學性質(zhì)與碳相似。 常溫下,硅的化學性質(zhì)不活潑,除氟氣、氫氟酸和強堿外,硅不跟其他物質(zhì),如氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等起反應。加熱時,能跟一些非金屬反應,如它也能和氧氣反應生成二氧化硅。 我們可把上述硅單質(zhì)的化學性質(zhì)歸納如下: 常溫下性質(zhì)穩(wěn)定 Si+2F2 === SiF4 Si+4HF === SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑ Si+O2      SiO2 除此以外,硅在高溫時還可分別與碳及氮氣反應

4、生成熔沸點很高、硬度很大的金剛砂——碳化硅(SiC)及氮化硅(Si3N4)。 硅的上述性質(zhì)決定了硅有什么樣的用途呢? 3.硅的用途 可以用來制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池,還可以用來制造變壓器鐵芯,及耐酸設備等。 電子工業(yè)上所用的硅,都是純度很高的硅,而由我們剛才所學知識知道,自然界沒有單質(zhì)硅存在。那么,我們怎樣制取硅呢? 4.硅的制法 我們使用的硅,都是從硅的化合物中提取的。工業(yè)上用碳和二氧化硅在高溫下反應制取硅。 SiO2+2C   Si+2CO↑(工業(yè)制法) 注意!上述反應中的產(chǎn)物是一氧化碳,而不是二氧化碳。另外,通過上述反應所制得的硅只是粗硅,用做半導體材料時

5、,還需將其提純。 制備硅需要用二氧化硅,下面就學習硅的最高價氧化物——二氧化硅的性質(zhì)。 二、二氧化硅(SiO2) 二氧化硅與二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高價氧化物,它們的性質(zhì)是否相同呢? 二氧化碳的物理性質(zhì)是:常溫常壓下是無色無味的氣體,能溶于水,密度比空氣大?;瘜W性質(zhì)是:本身不燃燒,一般情況下也不支持燃燒,能與水反應生成碳酸,能與堿反應,是酸性氧化物。 比較二氧化碳與二氧化硅的物理性質(zhì)。 1.物理性質(zhì) 它是一種堅硬難熔的固體,不溶于水。 二氧化硅的化學性質(zhì)與二氧化碳相比,是不是也有這么大的差異呢?閱讀課本有關(guān)內(nèi)容,并填寫下表。 2.化學性質(zhì) SiO2與CO2化學性質(zhì)

6、的比較 物 質(zhì) 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2) 與水反應 與酸反應 與堿反應 與堿性氧化物反應 與碳反應 從上表可以看出,二氧化硅能與堿反應生成相應的鹽和水,是一種酸性氧化物,它不能溶于水得到相應的酸——硅酸。硅酸只能通過間接方法得到(硅酸比碳酸弱,可通過硅酸鹽與碳酸反應制得)。 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學反應,而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應,這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應原理,屬二氧化硅的特性。 我們可總結(jié)出二氧化硅的主要化學性質(zhì)為: 不 反 應 CO2+H2O   H2CO3 SiO2+4HF ==

7、= SiF4↑+2H2O 不 反 應 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,回答為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞? (因為SiO2是酸性氧化物,能和堿起反應,容易使瓶塞和瓶頸粘在一起而不能打開。) 二氧化硅廣泛存在于自然界中,與其他礦物共同構(gòu)成了巖石,天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是

8、二氧化硅,石英的主要成分也是二氧化硅,水晶是純度較高的二氧化硅。請大家看課本有關(guān)內(nèi)容,了解它們的用途。并總結(jié)出來。 3.用途 二氧化硅可用來做光導纖維;石英可用來做石英鐘、石英表,耐高溫的石英玻璃;水晶可以用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學儀器、工藝品、眼鏡片等,瑪瑙為含有有色雜質(zhì)的石英,可用于制造精密儀器軸承,耐磨器皿和裝飾品等。 二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途,但有時也會對人體造成危害,使人患硅肺病,請大家閱讀課本“二氧化硅粉塵的危害”的內(nèi)容。 前面提到的硅酸鈉,是一種可溶性的硅酸鹽,而其他硅酸鹽多數(shù)是難溶于水的。硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分,自然界中存在的各

9、種天然硅酸鹽礦物,約占地殼質(zhì)量的5%。 三、硅酸鹽 硅酸鹽的種類很多,結(jié)構(gòu)也很復雜,通??捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹肀硎酒浣M成,如: Na2SiO3      Na2O·SiO2 Al2(Si2O5)(OH)4    Al2O3·2SiO2·2H2O 黏土的主要成分也是硅酸鹽,是制造陶瓷器的主要原料。 投影練習 1.工業(yè)上制取單質(zhì)硅是先在電爐里高溫下用碳還原二氧化硅,制得粗硅,然后將粗硅在高溫下跟氯氣反應生成一種液態(tài)物質(zhì)。經(jīng)蒸餾提純后,再用氫氣還原得到純硅。寫出上述反應的化學方程式。 答案:SiO2+2CSi+2CO↑ Si+2Cl2 SiCl4 

10、 SiCl4+2H2    Si+4HCl 2.下列說法正確的是 A.硅的化學性質(zhì)不活潑,在自然界中可以以游離態(tài)存在 B.二氧化硅通入水玻璃可以得到原硅酸 C.二氧化硅溶于水顯酸性 D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸 本節(jié)課我們主要學習了硅及其化合物的有關(guān)知識,它們相互之間的關(guān)系,我們可用下圖概括: 作業(yè):P148一、二、三。 參考練習 1.怎樣由二氧化硅制取硅酸?用有關(guān)反應的化學方程式表示之。 答案:2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O    H2O+Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H4SiO4↓ H4SiO4===H2O+H2SiO

11、3 2.Al2O3·2SiO2·2H2O是 A.混合物     B.兩種氧化物的水化物    C.硅酸鹽    D.鋁酸鹽 答案:C 3.下列離子方程式中不正確的是 A.往氫氧化鈉溶液中通入過量的二氧化碳 CO2+OH-===HCO3- B.石英砂與燒堿反應制水玻璃 SiO2+2OH===SiO32-+H2O C.碘化鉀溶液跟適量溴水反應 2I+Br2===I2+2Br D.將金屬鈉投入水中 Na+2H2O===Na++2OH-+H2↑ 答案:D [教后感] 二氧化硅,是本章的重點,而且是一種有著廣泛用途的重要材料,所以,在教學過程中,我注意結(jié)合實際,從二氧化硅的重要用途,使學生產(chǎn)生了解二氧化硅性質(zhì)的欲望,激發(fā)了學生學習二氧化硅知識的興趣,調(diào)動了學生學習的積極性,取得了良好的教學效果。在進行二氧化硅的教學時,我采用了對比法,利用碳和硅的結(jié)構(gòu)相似性,將學生已知的二氧化碳的性質(zhì)與二氧化硅對比學習,便于學生掌握,效果較好。

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