二氧化硅与信息材料
平阳中学 孔德淼
知识与技能目标
1．了解硅、二氧化硅的存在与性质，认识硅及其化合物在生活实际中的重要应用。
2． 要求学生查阅资料，学会通过查阅资料来获取知识的学习方法,培养对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力。
过程与方法目标
1．通过对自然界中存在的含硅化合物的学习，使学生了解硅元素在自然界的存在形式及硅酸盐的结构复杂性。
2．利用图片、模型、表格、视频、实物、实验及多媒体教学手段等，增强直观性和形象性。
情感态度与价值观
了解我国材料科学发展的成就、社会及科学技术的发展对新型材料的要求，激发学生爱国主义热情，提高社会责任感。
【教学重点、难点】
重点单质硅(silicon)、二氧化硅(silica)的性质
难点：单质硅（silicon）和二氧化硅(silica)的结构。
●课时安排
一课时
●教学方法
引导、探究、对比、练习
●教学用具
投影仪
●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。
［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、硝酸、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。
［板书］SiO2+2CSi+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
SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O
CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O
CO2+NaOH====NaHCO3
SiO2+CaOCaSiO3
CO2+Na2O====Na2CO3
SiO2+2CSi+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
●板书设计
第三节 硅和二氧化硅
一、硅（Si）
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）化学性质
常温下性质稳定
Si+O2SiO2
（3）硅的用途
（4）硅的制法
SiO2+2CSi+2CO↑（工业制法）
二、二氧化硅（SiO2）
（1）物理性质：坚硬难溶的固体，不溶于水。
（2）化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。
（3）用途
三、硅酸（H2SiO3）
不溶于水，酸性比碳酸弱
Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3
H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3SiO2+H2O
四、硅酸盐
硅酸钠（Na2SiO3） Na2O·SiO2 Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O3·2SiO2·2H2O
课件25张PPT。 1、同学们，关于硅你们还知道
什么？
2、从化学的角度看，你知道玛
瑙饰品、石英钟、石英眼镜、
水晶的主要成分是什么吗
3、沙子、石英、水晶、硅藻土
等都是天然存在的二氧化硅，
关于SiO2，你还知道哪些内
容呢？二氧化硅与信息材料平阳中学 孔德淼设问：1、硅在自然界中以什么形式存在？含量怎样？2、硅单质用途广泛，但自然界中却没有硅单质。工业上是如何制取硅单质？硅单质一、硅1、纯硅的制备：SiO2＋2C Si＋2CO↑Si＋2Cl2 SiCl4SiCl4 ＋2H2 Si ＋4HCl 粗硅的提纯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，再用氢气还原制得纯硅。金刚石及其晶体结构模型 问 题？1、硅单质的颜色、状态如何？2、金刚石、晶体硅有怎样的结构？3、能否从金刚石的性质推出晶体
硅的性质？一、硅1、硅的物理性质：
灰黑色有金属光泽的晶体，
熔沸点高，硬度大。2、晶体硅的结构：
正四面体空间网状结构。 根据所学的单质碳知识，归纳出硅的化学性质与碳的化学性质有什么相同点和不同点。相同点：它们在常温下化学性质很稳定，在
加热时能跟O2等物质发生反应。具
有一定的还原性。
不同点：硅在常温下与氟气、氢氟酸、强碱
反应。碳在加热下与浓硫酸、硝酸
等发生反应。 思 考：4、硅的主要用途：
半导体材料，主要应用于电子工业
制成太阳能电池
制成有良好导磁性、耐酸性的合金。硅的主要用途是什么？大规模集成电路太阳能电池1、提取硅的原料是二氧化硅，它的性质
又怎样呢?
2、二氧化硅有什么样的物理性质，一般
应从哪些角度进行探究？（颜色、状态、气味、熔沸点、硬度、密度、溶解性等。）二、二氧化硅
1、物理性质：
熔沸点很高,
硬度很大，
不溶于水。思考？二氧化硅的化学性质如何呢？学习一种新物质的性质我们往往可以找一种熟悉的、跟它比较有可比性的物质进行对比学习。你觉得应该找哪一种物质进行对比学习？讲讲你的理由？二氧化碳有哪些化学性质呢？从氧化物分类角度: 具有酸性氧化物的通性。
从氧化还原的角度: 具有弱氧化性。 思考？1、请举出表现二氧化碳酸性氧化物 的通性和弱氧化性的几个具体实 例，并写出化学方程式。
2、二氧化硅也是一种酸性氧化物，与有相似的化学性质。请分析二 氧化硅的化学性质，并写出相应的化学方程式。讨 论小结:SiO2+4HF= SiF4↑ +2H2O CO2+2NaOH = Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3与氢氟酸不反应SiO2+2NaOH =
Na2SiO3+H2O不反应2、化学性质：
化学性质很稳定，不活泼，
除氢氟酸外不与其它酸反应，
但能与碱性氧化物或强碱反应，
属酸性氧化物【 讨论： 】
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？(玻璃中含有SiO2)防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成有粘性的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。演示实验：向饱和Na2SiO3溶液中滴入稀盐酸结论：
硅酸不溶于水，是弱酸。硅酸
的酸性比碳酸还弱。1、制取含氧酸的常用方法有哪些？
2、实验室能否用二氧化硅
能与水反应制取硅酸？探究：3、如何利用SiO2制取硅酸？写出相应的
化学方程式。探 究 :以二氧化硅为原料制取硅酸:(1) SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O(2) Na2SiO3+CO2+H2O == Na2CO3+H2SiO3↓
或 Na2SiO3+2HCl == H2SiO3↓+2NaCl3、二氧化硅的用途装饰品石英坩埚光导纤维石英手表光学仪器耐磨器皿SiO2精密仪器轴承点此观看光导纤维介绍１、下列物质的主要成分不是SiO2的是 （ ）
A、石英 B、水晶 C、金刚砂 D、玛瑙
２、下列物质不与水反应的是（ ）
A、CaO B、CO2 C、SiO2 D、SO2CC３、下列试剂的存放方法，正确的是：（ ）
A．氢氧化钠、纯碱以及水玻璃要存
放在带磨砂玻璃塞的试剂瓶中
B．氢氟酸盛放在棕色玻璃试剂瓶
C．液溴盛放在棕色广口瓶中
D．氯水盛放在棕色细口瓶中D４、将固态的氢氧化钠加热至熔融状态，可选
用的器皿是 ( )
A.铁坩埚 B.石英坩埚
C.石墨坩埚 D. 蒸发皿AC小 结 :硅及其化合物的转化关系SiO2SiO2HF或F2SiF4NaOHNa2SiO3HFNaOH或Na2CO3CaCO3CaSiO3CH2SiO3△NaOHH+或CO2或CaO
