高一化学无机非金属材料的主角硅教案新课标人教版 (1)

课程标准：

通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。

第一节 无机非金属材料的主角——硅（第一课时） 教学目标：

1．使学生了解硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质；

2．引导学生对比学习硅的化合物（二氧化硅及硅酸）与碳的化合物（二氧化碳及碳酸），培养学生联系、对比、归纳总结的学习方法；

3．使学生了解二氧化硅和硅酸在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣。

教学重点、难点

重点：二氧化硅的性质 难点：硅酸的性质 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 【视频呈现】：硅及其化合物遍布在自然界和人学生对视频以及各种图从感性上让学生接触要学习类日常生活，以及高科技产品中。 片都非常感兴趣，纷纷低的内容，激起让学生学习的兴【图片呈现】：展示硅的各种图片以及硅的多种声交头议论。 趣 用途，要求学生从感性上认识硅。 图片一至图片五 常不是说结构决定性质吗，那么，硅的性质与 它的结构有什么必然联系没有呢？ 1请画出硅原子结构示意图 1画出硅原子结【引导】:○【操作】○2原子最外层电子决定物质性质，硅的这种结构示意图○2既不易失电○构在性质上有何体现 子，也不易得电子。显＋4价 【模型呈现】：展现硅原子结构模型 【指导阅读】：《硅单质的基本情况》 【提问】：通过阅读，请回答硅的物理性质和化【回答】：硅是黑色有金学性质 属光泽的固体，可以跟【小结】：硅的物理性质：（略） 酸、碱反应 【板书】：一、硅 1、 物理性质： 2、 化学性质： 【过渡】：事实上，地球上的硅都是以硅的化合 物形式存在，那么我们从硅最简单的化合物－ SiO2入手研究。 【板书】：二、硅的化合物 1、SiO2 【引入讨论】：各位同学，虽然SiO2与我们非【学生讨论】：生活中常常接近，但你对SiO2的认识又有多少呢？大家见的SiO2产品 四人小组讨论一下你在日常生活中见到的有关 二氧化硅的产品。 【引导】：我们经常说，结构决定性质，SiO2【观看图片】： 有什么样的结构，它就会有什么样的【观看视频】： 性质，哪它的结构是什么样呢？ 【思考】：SiO2性质与结构【图片呈现】：SiO2的立体结构模型 的关系 【视频呈现】：SiO2的3D结构模型 【引导】：要求学生在大脑里面建立SiO2结构的立体模型，并引导学生指出这种结构跟金刚石非常相似，启发学生这决定了SiO2的性质跟金刚石相近。 【顺承】就因为SiO2的结构跟金刚石相似，所以SiO2硬度非常高，非常耐磨，我们看几种主要成分是SiO2的物质，加深对这方面的认识： 【图片呈现】：水晶 玛瑙 光纤 石英坩埚 半导体元件 【引导】：SiO2结构特征SiO2物理性质 【板书】：SiO2结构特征SiO2物理性质 【议论】：学生联系生活还补充不少生活中的SiO2产品 【学生讨论】：SiO2结构特征和SiO2物理性质 【思考与交流】：【自主探究】：根据网上提供的资源探究硅的化学性质 启发学生空间想像能力加深对硅结构的认识，从而加深对硅性质的认识 联系生活，激发求知欲 【引言】：看到这么多的图片，从自然到生活，从工业到科技，从原子到宇宙航天……大家发现没有这些图片都集中反映了一种物质，这是什么呢？ 【板书】：第一节无机非金属的主角－硅 【设问】：那么大家说说含硅元素的材料在我们生活中有什么用途。. 【图片呈现】：硅应用树状图 【文本呈现】：在学生讨论过程中不断呈现图片、文本。 【主导】：在能源、材料、信息方面硅都显示出非常广泛的用途，而且在超导体材料方面硅都显示出非常强的发展前途，我国正向这方面发展，而且取得很大的进步。 【回答】：硅 【讨论】：通过书本、讨论 【回答】：电子工业半导体、通讯工具光纤、水泥、玻璃、陶瓷等 引出主题 抽象思维，初步建立SiO2空间立体结构 通过视频呈现，学生对SiO2结构的理解更深刻 激发学生联系生活 拓展知识外延 【教师设问】：有哪位同学知道硅在地壳中的含 量？ 【指导阅读】：《硅单质的基本情况》 【回答】：硅在地壳中含【设问】：为什么硅的用途这么广泛呢？我们经量为27.27% 1

培养学生阅读归纳能力，以及信息处理能力 联系生活，加深认识 图片呈现更直观，深刻 - ！

【过渡】：事实上SiO2的结构不单在物理性质学生浏览资料，建构知识 提高学生信息处理能力 上有体现，在化学上更能反应SiO2的结构 文本呈现使得知识层面更丰【文本呈现】：SiO2跟碱反应，SiO2跟酸反应，富 SiO2跟碱性氧化反应 【引导】：引导学生推出SiO2的化学性质 学生黑板书写有关方程 【板书】：SiO2化学性质 式 【小结】：SiO2跟酸、碱、碱性氧化物反应 【拓展】：既然SiO2化学性质是这么丰富，那【分享】：各同学的探究提高学生网络学习能力，自主么除了上述用途外还有什么用途呢？要求学生成果 学习能力 分学习小组进行讨论并得到答案。 提高学生协作学习能力 【教师点评】：点评学生作品成果 【设疑辩思】：为什么实验室装碱液的瓶子不用【小组讨论】：学生小组 玻璃塞呢？ 讨论 【解析】：SiO2能够跟碱反应 【回答】可以跟碱反应 【深入拓展】：在半导体工业中流行这样一句话【互动争辩】学生各抒己提高学生科研精神 “从沙滩到用户”你是如何理解的？ 见 【课后测评】：《课后测评》 【回答】（略） 及时了解学生学习情况 学生测评 ●教学过程 ［引言］请大家看课本彩图中的硅单质照片。

［师］别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速发展，更是与人们对硅的性质的认识息息相关。本节课，我们就来学习硅及其化合物的有关知识。

［板书］第二节 硅和二氧化硅

［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）

［师］请大家阅读课本P145的第一、二自然段，总结出硅的存在形态、结构特点、物理性质等方面的内容。

［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。 2

［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、、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+O2SiO2

［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。

高温

［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+H2OH2CO3 SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O 不反应 SiOSiOCO2+2NaOH====Na2CO3+H2O 2+2NaOH====Na23+H2O CO2+NaOH====NaHCO3 高温SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2O====Na2CO3 高温SiO2+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3

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↓+2NaCl Na2SiO3+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 H2SiO3SiO2+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·SiO2

Al2（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SiC C.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.B 4.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

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