第三单元　含硅矿物与信息材料第一课时教学实录

《二氧化硅与信息材料》教案

天台平桥二中

许王媛

【教学目标】

【知识与技能】

1、了解二氧化硅、硅的主要性质及这些性质在材料中的应用；

2、了解二氧化硅在现代通讯业、硅在半导体工业中的重要作用。

【过程与方法】

学习从不同角度出发对常见材料进行分类的方法，能根据同一类别的不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能通过通性简单预测其他物质的性质。

【情感态度与价值观】

使学生体会组成材料的物质的性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发学生学习化学的兴趣。

【教学重点】二氧化硅与硅的性质

【教学难点】二氧化硅的性质

【教学过程】

【引入】实验：大理石、鹅卵石分别于盐酸反应。

思考：产生现象不同的原因？

【学生】大理石表面有气泡产生，鹅软石没有明显的现象。

可能是组成成分不同，大理石是石灰石，鹅卵石的主要成分是二氧化硅。

【提问】那么同学们知道天然存在的二氧化硅有哪些吗？

【回答】沙子、水晶、玛瑙、硅藻土等。

【提问】联系这些物质，SiO2具有怎样的物理性质呢？

【回答】状态：固态；溶解性：不溶于水；熔沸点：高；硬度：大。

【介绍】纯净的SiO2为无色透明晶体。

【提问】二氧化硅的化学性质又如何呢？

【讲解】学习一种新物质我们往往可以找一种熟悉的，跟他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。

【副板书】碳和硅原子结构示意图

根据原子结构相似，引导思考CO2与SiO2的性质相似。

【类比填空】

物质类别

与水反应

与酸反应

与碱反应

与碱性氧化物反应

CO2

___酸____性氧化物

CO2

+ H2O ⇌

H2CO3

CO2

+ 2NaOH = Na2CO3

CO2

+ CaO =CaCO3

SiO2

+ 4HF = SiF4↑ + 2H2O

SiO2

+ 2NaOH = Na2SiO3

SiO2

+ CaO =高温

CaSiO3

SiO2

【展示】NaOH溶液和盐酸溶液的试剂瓶。

【设问】两溶液存放时有什么不同？可能的原因是什么？

提示：玻璃中存在SiO2

。

【回答】试剂瓶不同。盐酸溶液用玻璃塞，NaOH溶液用橡胶塞。说明，玻璃中的SiO2

会和NaOH反应。

【填表格】SiO2

+ 2NaOH = Na2SiO3

【引导】通过上一节内容的学习，在制玻璃时SiO2 还有哪些性质？

【回答】会和某些碳酸盐和氧化物在高温下反应

SiO2

+ Na2CO3 =高温

Na2SiO3 + CO2↑

SiO2

+ CaO =高温

CaSiO3

【提问】有同学知道玻璃上漂亮的图案是怎么出来的吗？

【学生】思考

【讲述】在玻璃上涂一层融化的石蜡，用针尖在石蜡上刻出你所需要的图案，然后把玻璃放到稀氢氟酸溶液中，一段时间后取出，用汽油擦去表现的石蜡，图案就出来了。

（因为实验时间较长，而且氢氟酸有毒，课外有兴趣的同学可以去实验室找老师完成）

【视频】氢氟酸腐蚀玻璃的视频

【补充表格】SiO2

+ 4HF = SiF4↑ + 2H2O 【归纳】从上面的比较我们看出，SiO2和CO2性质上的差异较大，那是为什么？

【讲述】“结构决定性质，性质决定用途”是化学的重要思想。请同学们翻开书

本81面，观察SiO2的结构。

【展示】SiO2和CO2结构模型并介绍。

【板书】二氧化硅的结构：空间构型：正四面体型。由硅原子和氧原子构成。

【提问】天然存在的二氧化硅这么多，那你知道二氧化硅有哪些重要应用吗？

【介绍】SiO2用途非常广泛，水晶可以做成饰品；可以制造光学滤片、石英坩埚、石英玻璃、陶瓷、耐火材料、光导纤维等，我们来看介绍。

光导纤维，简称光纤，光导纤维非常细，导光能力强，一根比头发丝还细的光导纤维可以同时传输256部电话，它还不受电磁干扰、不怕窃听，具有高度保密性，一条光缆由上万条光导纤维组成，因此利用光缆通讯能同时传输大量的信息。

【视频】光纤的概况

【转引】你还知道二氧化硅的其他用途吗？

地壳中虽然硅元素位居第二，但是自然界中却不存在单质硅，而我们的计算机芯片确是使用了高纯硅，你能想到将沙子和计算机芯片联系在一起吗？

【板书】

沙子——————————————芯片

SiO2——————————————

Si 【介绍】工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅，得到含有少量杂质的粗硅后提纯

【流程图】

焦炭

氯气

氢气

二氧化硅

粗硅

四氯化硅

纯硅

【活动】请同学们写出反应中涉及的化学反应方程式。

制粗硅：2C+SiO2高温

Si+2CO↑

高温

硅提纯：Si+2Cl2

高温

SiCl4（400—500 ℃）

SiCl4+2H2Si+4HCl 【介绍】粗硅中可能含有二氧化硅和焦炭，都是固态难以分离，而四氯化硅是液态，可以实现固液分离，从而进一步制得纯硅。

【视频】intel公司生产计算机芯片的过程

【提问】是什么原因促使硅成为一种重要的半导体材料呢？

【总结】硅成为一种重要的半导体材料的原因是：硅的导电能力介于导体和绝缘

体之间，原料丰富易得，价格低，常温下化学性质稳定。

【提问】硅有晶型和非晶型两种，联系计算机芯片单质硅，晶体硅具有怎么样的性质？

【总结】物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点很高，硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

【介绍】硅的化学性质

常温下，化学性质不活泼，除F2、HF、强碱外，硅不跟其他物质（O2、Cl2、HNO3、H2SO4等）都难发生反应。

加热条件下，能跟一些非金属反应。

【板书】Si + O2

高温

SiO2 SiCl4（液态）

Si + 2Cl2

高温

【讲解】性质决定用途，硅的用途也很广。

【介绍】高纯硅：半导体材料（集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等）

合金：变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）

耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）

【小结】本节课我们主要探讨了SiO2和Si的相关知识，也学会了研究一种新物质的一些方法（类比法）也学会了元素化合物的研究方法：结构决定性质，性质反映性质，性质决定用途的方法。

CaSiO3

SiCl4 ⇌

Si ⇌ SiO2 Na2SiO3

【视频】硅的未来

【反馈矫正】

1、地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：

①

半导体材料的主要成分 。

②光导纤维的主要成分 。 ③神奇无比的集成电路芯片的主要成分 。 ④光电池的主要材料是 。

⑤

光学镜片的主要成分 。

2、要除去SiO2中混有的少量杂质CaCO3，最适宜的试剂是 A.水 B.盐酸 C.稀硫酸 D.氢氧化钠溶液 3、下列物质的主要成分不是SiO2的是 A、水晶 B、玛瑙 C、沙子 D、干冰

4、下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中正确的是 A. 常温下O2能把Si氧化成SiO2 B．SiO2是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸 C．石英、水晶、海沙的主要成分都是SiO2 D．硅通常很稳定，自然界中存在单质硅

5、制备硅单质时，主要化学反应如下： (1)2C+SiO2

（2）Si+2Cl2高温

高温

Si+2CO↑

SiCl4（400—500 ℃）

Si+4HCl

（3）SiCl4+2H2高温

下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是

A.（1）（3）为置换反应 B.（1）（2）（3）均为氧化还原反应 C.（2）为化合反应 D.三个反应的反应物中硅元素均被还原

6、取SiO2和Na2CO3的混合物2.26g，高温下充分反应后得到混合固体A，冷却至室温后，向固体A中加入200ml 0.2mol·L-1的NaOH溶液，固体全部溶解，得到溶液B，测得溶液B中NaOH的浓度为0.1mol·L-1。（若不考虑溶液中体积变化和SiO32-水解）求：原混合物中SiO2的物质的量分数？

【板书设计】

一、二氧化硅

天然存在：沙子、水晶、玛瑙、硅藻土

性质：物理性质

应用： 化学性质： 结构：正四面体

二、硅

制备：制粗硅：2C+SiO2

硅提纯：Si+2Cl2高温

Si+2CO↑

高温

SiCl4（400—500 ℃）

Si+4HCl

SiCl4+2H2高温

性质：物理性质

化学性质

用途：