4.1.1无机非金属材料的主角—硅
文档属性
| 名称 | 4.1.1无机非金属材料的主角—硅 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 21.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2012-11-22 12:53:47 | ||
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文档简介
吉林市长岭县第四中学高一化学4.1.1
无机非金属材料的主角—硅
一、学习目标
1．知识与技能：使学生掌握硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质并了解其用途；
2．过程与方法：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），培养学生对新旧知识对比分析、归纳总结的学习方法；
3．情感态度与价值观：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，认识“科学技术是第一生产力”，增强社会责任感。
二、学习重难点
二氧化硅和硅酸的性质
三、学习过程
联系：电脑的芯片、光导纤维等高科枝产品，水泥、玻璃和瓷砖等日常生活中的实例
问题1：碳和硅在自然界中的存在形式
原子结构示意图
原子结构的特点
在自然界
中的存在
碳
硅
小结
（1）两元素的共性：在化学反应中其原子既不易失电子也不易得电子，主要形成共价（四价）化合物。
（2）硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的。
一、二氧化硅（SiO2）
问题2：阅读课本P74-75页试画出由天然二氧化硅也称为硅石开始分类的树状分布图。
（一）二氧化硅性质
1、思考与交流：
根据你的生活经验请分析以下问题：二 氧化硅具有哪些物理性质？
物理性质：
这些性质是由 决定的
2、课后阅读及填空：请通过科学视野部分内容分析一下二氧化硅的结构有什么特点？
二氧化硅晶体中每1个Si原子周围结合 个O原子， 在中心,
在四个顶角. 同时每1个O原子与 个Si原子相结合。二氧化硅晶体是以硅原子与氧原子个数比为 组成的 结构的晶体,因此通常用SiO2来表示二氧化硅的组成.
（二） SiO2的化学性质
问题3：为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（Na2SiO3 有粘性） 。
因为SiO2易与强碱溶液反应，生成硅酸钠使试剂瓶受腐蚀，同时生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的粘结性，易使瓶塞粘在一起而难以开启。
二氧化硅也是一种酸性氧化物
问题4：二氧化碳具有哪些重要的性质呢？由CO2的性质推测SiO2可能具有哪些重要的性质？
二氧化碳
二氧化硅
存 在
物理性质
化
学
性
质
与水反应
与NaOH反应
与CaO反应
弱氧化性
特性
小结：SiO2是一种酸性氧化物，可能与水反应生成相应酸；与碱反应生成盐和水；与碱性氧化物反应生成盐。（只是可能性）
阅读教材P76有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与上述推导一致吗？有没有不同的表现？请举例说明
与上述推断不完全相同。不同表现是：SiO2是一种难熔固体，不溶于水。正是因为SiO2不溶于水，所以不能直接与水反应生成硅酸，但常温下除能与氢氧化钠溶液反应外，还能与氢氟酸反应生成SiF4气体和水。
比较性质异同
归纳：SiO2性质主要表现在：它是一坚硬、难熔的固体，不溶于水，化学性质非常稳定。
SiO2的这些性质是由其立体网状结构决定的。
练习：完成下列反应的化学方程式：
SiO2 + NaOH —
SiO2 + CaO —
SiO2 + HF —
考考你：实验室现提供下列试剂瓶, ①细口磨口塞玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品?你的依据是什么?
a.二氧化硅_______b.氢氧化钠溶液____
c.硝酸银晶体___d.氢氟酸___e.浓硫酸__
问题与探究：
①、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 。
②、有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？
不同意这种看法。
思考与探究：如何以SiO2为原料制备硅酸？写出化学方程式。
实验4—1：向约1ml的饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸
现象
结论
化学方程式
思考：从上述实验可知硅酸的哪些性质？
思考讨论下列问题：
（1）硅酸与盐酸比较，谁的酸性强？你是根据什么现象判断出来的？
提示：酸与盐反应规律之一是较强的酸能制出更弱的酸。
（2）硅酸与碳酸比较又会怎样呢？设计一个简单实验来证明。
实验
实验步骤
现象
结构
化学方程式
实验：往一定量的饱和硅酸钠溶液中通入足量的CO2，观察现象。
结合实验4—1，阅读教材P76最后一自然段，归纳总结硅胶的制备方法及其重要应用。
制备方法：
加适量盐酸或通入足量CO2 干燥脱水
硅酸钠溶液 硅酸溶胶 硅胶
用途：常用作干燥剂、催化剂的载体。
碳酸
硅酸
物理性质
化学性质
用途
总结：
练习：
1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）
A.溶解性：CO2 H2CO3
C.熔点：SiO2 > CO2（干冰） D.硬度： SiO22、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
3、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
4、试设计一简单实验方案,检验某生石灰样品中含有石灰石、石英
作业：
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．碳元素有能导电的单质
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、已知由石墨转化为金刚石需要吸收热量，下列说法中正确的是（ ）
A．石墨比金刚石稳定 B．金刚石比石墨稳定
C．石墨和金刚石一样稳定 D．以上结论都不正确
10、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
11、按由多到少的顺序，在地壳中的含量列前四位的元素依次是 、 、 、 。
碳、硅均位于元素周期表的 族，其原子结构示意图分别是 、 。
碳是构成 的主要元素，硅主要以熔点很高的 和 的形式存在，是构成岩石与许多矿物的基本元素。
12、由同一种元素组成的不同单质，称为该元素的同素异形体。在各种碳的同素异形体中，铅笔芯的主要成分是 ，它是一种深灰色、有金属光泽且不透明的片状固体，质软，具有润滑性，它能够 ，常用作电极。钻石的成分是 ，是无色透明的晶体，硬度 。由60个碳原子组成、形似足球的
（写分子式）也是碳的同素异形体。
13、下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中：
混合物
SiO2（CaCO3）
SiO2 (Fe2O3)
SiO2 (NaCl)
SiO2
(Si)
Si
(Al)
NaHCO3
(Na2SiO3)
除杂试剂
分离方法
14、检验石灰中含有碳酸钙和二氧化硅的方法是：取少许试样，加入过量的 ，有 产生，说明石灰中含有 。充分振荡后过滤，有滤渣存在说明含有 。
答案
巩固练习答案：1 B 2 D 3 B 4 C 5 A 6 C 7B 8B 9A 10C
11 O、Si、Al、Fe、IVA、原子结构示意图略、有机化合物、氧化物、硅酸盐
12 石墨、导电、碳元素、很大、C60
13（1）盐酸、过滤（2）盐酸、过滤（3）水、过滤（4）O2、加热（5）盐酸、过滤
（6）足量CO2/H2O、过滤
14 稀盐酸、无色气体、碳酸钙、二氧化硅
课外阅读
硅在高新技术中的应用
单晶硅作为半导体器件的核心材料，大大地促进了信息技术的革命。自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速了展。到1996年全球半导体产业销售额达到1410亿美元，而其中单晶硅材料的销售达到74亿美元。中国消耗的大部分集成电路及其硅片主要依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。
信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。从目前情况来看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。据估计在21世纪内，硅仍然会占半导致体材料的95%以上。
微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出含有多达10～20万种DNA基因片段的芯片.利用这种芯片可以在短时间内检测或发现遗传基因的变化等情况。这无疑对遗传学研究、疾病诊断与治疗、转基因工程等具有极其重要的作用。
无机非金属材料的主角—硅
一、学习目标
1．知识与技能：使学生掌握硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质并了解其用途；
2．过程与方法：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），培养学生对新旧知识对比分析、归纳总结的学习方法；
3．情感态度与价值观：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，认识“科学技术是第一生产力”，增强社会责任感。
二、学习重难点
二氧化硅和硅酸的性质
三、学习过程
联系：电脑的芯片、光导纤维等高科枝产品，水泥、玻璃和瓷砖等日常生活中的实例
问题1：碳和硅在自然界中的存在形式
原子结构示意图
原子结构的特点
在自然界
中的存在
碳
硅
小结
（1）两元素的共性：在化学反应中其原子既不易失电子也不易得电子，主要形成共价（四价）化合物。
（2）硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的。
一、二氧化硅（SiO2）
问题2：阅读课本P74-75页试画出由天然二氧化硅也称为硅石开始分类的树状分布图。
（一）二氧化硅性质
1、思考与交流：
根据你的生活经验请分析以下问题：二 氧化硅具有哪些物理性质？
物理性质：
这些性质是由 决定的
2、课后阅读及填空：请通过科学视野部分内容分析一下二氧化硅的结构有什么特点？
二氧化硅晶体中每1个Si原子周围结合 个O原子， 在中心,
在四个顶角. 同时每1个O原子与 个Si原子相结合。二氧化硅晶体是以硅原子与氧原子个数比为 组成的 结构的晶体,因此通常用SiO2来表示二氧化硅的组成.
（二） SiO2的化学性质
问题3：为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？（Na2SiO3 有粘性） 。
因为SiO2易与强碱溶液反应，生成硅酸钠使试剂瓶受腐蚀，同时生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的粘结性，易使瓶塞粘在一起而难以开启。
二氧化硅也是一种酸性氧化物
问题4：二氧化碳具有哪些重要的性质呢？由CO2的性质推测SiO2可能具有哪些重要的性质？
二氧化碳
二氧化硅
存 在
物理性质
化
学
性
质
与水反应
与NaOH反应
与CaO反应
弱氧化性
特性
小结：SiO2是一种酸性氧化物，可能与水反应生成相应酸；与碱反应生成盐和水；与碱性氧化物反应生成盐。（只是可能性）
阅读教材P76有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与上述推导一致吗？有没有不同的表现？请举例说明
与上述推断不完全相同。不同表现是：SiO2是一种难熔固体，不溶于水。正是因为SiO2不溶于水，所以不能直接与水反应生成硅酸，但常温下除能与氢氧化钠溶液反应外，还能与氢氟酸反应生成SiF4气体和水。
比较性质异同
归纳：SiO2性质主要表现在：它是一坚硬、难熔的固体，不溶于水，化学性质非常稳定。
SiO2的这些性质是由其立体网状结构决定的。
练习：完成下列反应的化学方程式：
SiO2 + NaOH —
SiO2 + CaO —
SiO2 + HF —
考考你：实验室现提供下列试剂瓶, ①细口磨口塞玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如果你是实验室管理员,你将如何存放下列药品?你的依据是什么?
a.二氧化硅_______b.氢氧化钠溶液____
c.硝酸银晶体___d.氢氟酸___e.浓硫酸__
问题与探究：
①、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 。
②、有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？
不同意这种看法。
思考与探究：如何以SiO2为原料制备硅酸？写出化学方程式。
实验4—1：向约1ml的饱和Na2SiO3溶液中,滴入酚酞,再滴入稀盐酸
现象
结论
化学方程式
思考：从上述实验可知硅酸的哪些性质？
思考讨论下列问题：
（1）硅酸与盐酸比较，谁的酸性强？你是根据什么现象判断出来的？
提示：酸与盐反应规律之一是较强的酸能制出更弱的酸。
（2）硅酸与碳酸比较又会怎样呢？设计一个简单实验来证明。
实验
实验步骤
现象
结构
化学方程式
实验：往一定量的饱和硅酸钠溶液中通入足量的CO2，观察现象。
结合实验4—1，阅读教材P76最后一自然段，归纳总结硅胶的制备方法及其重要应用。
制备方法：
加适量盐酸或通入足量CO2 干燥脱水
硅酸钠溶液 硅酸溶胶 硅胶
用途：常用作干燥剂、催化剂的载体。
碳酸
硅酸
物理性质
化学性质
用途
总结：
练习：
1、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（ ）
A.溶解性：CO2
C.熔点：SiO2 > CO2（干冰） D.硬度： SiO2
A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸 D.碳酸钠溶液
3、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
4、试设计一简单实验方案,检验某生石灰样品中含有石灰石、石英
作业：
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．碳元素有能导电的单质
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、已知由石墨转化为金刚石需要吸收热量，下列说法中正确的是（ ）
A．石墨比金刚石稳定 B．金刚石比石墨稳定
C．石墨和金刚石一样稳定 D．以上结论都不正确
10、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
11、按由多到少的顺序，在地壳中的含量列前四位的元素依次是 、 、 、 。
碳、硅均位于元素周期表的 族，其原子结构示意图分别是 、 。
碳是构成 的主要元素，硅主要以熔点很高的 和 的形式存在，是构成岩石与许多矿物的基本元素。
12、由同一种元素组成的不同单质，称为该元素的同素异形体。在各种碳的同素异形体中，铅笔芯的主要成分是 ，它是一种深灰色、有金属光泽且不透明的片状固体，质软，具有润滑性，它能够 ，常用作电极。钻石的成分是 ，是无色透明的晶体，硬度 。由60个碳原子组成、形似足球的
（写分子式）也是碳的同素异形体。
13、下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中：
混合物
SiO2（CaCO3）
SiO2 (Fe2O3)
SiO2 (NaCl)
SiO2
(Si)
Si
(Al)
NaHCO3
(Na2SiO3)
除杂试剂
分离方法
14、检验石灰中含有碳酸钙和二氧化硅的方法是：取少许试样，加入过量的 ，有 产生，说明石灰中含有 。充分振荡后过滤，有滤渣存在说明含有 。
答案
巩固练习答案：1 B 2 D 3 B 4 C 5 A 6 C 7B 8B 9A 10C
11 O、Si、Al、Fe、IVA、原子结构示意图略、有机化合物、氧化物、硅酸盐
12 石墨、导电、碳元素、很大、C60
13（1）盐酸、过滤（2）盐酸、过滤（3）水、过滤（4）O2、加热（5）盐酸、过滤
（6）足量CO2/H2O、过滤
14 稀盐酸、无色气体、碳酸钙、二氧化硅
课外阅读
硅在高新技术中的应用
单晶硅作为半导体器件的核心材料，大大地促进了信息技术的革命。自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速了展。到1996年全球半导体产业销售额达到1410亿美元，而其中单晶硅材料的销售达到74亿美元。中国消耗的大部分集成电路及其硅片主要依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。
信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。从目前情况来看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。据估计在21世纪内，硅仍然会占半导致体材料的95%以上。
微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出含有多达10～20万种DNA基因片段的芯片.利用这种芯片可以在短时间内检测或发现遗传基因的变化等情况。这无疑对遗传学研究、疾病诊断与治疗、转基因工程等具有极其重要的作用。