第三单元　含硅矿物与信息材料优秀完整教案

无机非金属材料的主角——硅

教学目标

（1）通过收集生活中含硅材料了解硅及其化合物的重要作用，深刻认识到化学对人类生活所作的重大贡献；

（2）通过含硅材料的制备方法的探究和实验方案的设计，培养学生科学探究、勤于实践的精神，善于合作的精神；

（3）通过比较二氧化硅与二氧化碳在物理性质和化学性质上的异同，形成结构决定性质的观念，能从微观的视角分析宏观性质的异同；

（4）通过画出硅及其化合物的价类图，建构非金属元素化合物的知识体系。

教学过程 【课前准备】收集生活中主要成分是硅或者硅的化合物的材料，按主要成分进行分类，类别相同的放在一起，并查询课本和资料了解它们的制备所需的主要原料、主要用途。

含硅材料

别

1 ……

【课堂学习】

学习任务一：小组汇报收集的含硅材料的组成及用途

【引入】本节的课题是无机非金属材料的主角——硅，今天我们来亲身感受一下这个主角的光环。课前已经然大家分组去寻找了含硅的材料，通过各个小组成员的合作，你们找到了哪些含硅的材料，？请小组进行汇报，有不同类别的可以补充。

【小组汇报】每个小组展示找到的含硅材料，按类别汇报其组成及用途，各组补充（物品分类固定在PV板子上，方便展示）

含硅材料

陶瓷

玻璃

水泥

硅胶

玛瑙、水晶

耐高温材料

光纤

成份

硅酸盐

硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅

硅酸盐

硅酸（H2SiO3）

二氧化硅

硅的氧化二氧化硅

二氧化硅

物

石英（SiO2）

石英玻璃（SiO2）

石英坩埚，耐火材料

光导纤维

酸

硅酸盐

类别

制备原料(含硅物质写出化学式) 黏土(硅酸盐) 石灰石、纯碱、石英（SiO2）

石灰石、黏土(硅酸盐) 硅酸盐（如：Na2SiO3）

天然玛瑙、水晶（SiO2）

主要用途

器皿、装饰品

门窗、仪器等

建筑

干燥剂、催化剂载体、硅胶制品

首饰、装饰品

(含硅物质写出化学式)

主要成份及类制备主要原料

主要用途

晶体硅

硅

单质

沙子（SiO2）

半导体材料，硅芯片、硅太阳能电池

【教师点评】经过大家课后收集，可以发现含硅的材料在我们身边随处可见，在人类发展史上也起着重要的作用。那含硅的材料使用是如此之广，你觉得还跟什么有关系？

【回答】跟存在有关，硅在自然界中的含量很高，居第二位。

【提问】硅的含量这么高，那你能从含硅材料制备的原料中发现硅在自然界中以什么形式存在的吗？

【回答】二氧化硅（沙子、石英、水晶、玛瑙）、硅酸盐（土壤、岩石）

【提问】硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。我们从“硅”这个字是不是也可以看出来。那你觉得硅在自然界中有单质存在吗？

【回答】可能有，因为硅最外层4个电子，不易得失电子，性质比较稳定。

【讲解】这点我也有点疑惑，让我们一起看看课本上怎么说的吧。请看课本第P74页第三段。有吗？没有。

自然界中没有单质的硅，那晶体硅的材料从哪儿来呢？你们商量商量看看用什么办法可以得到？

学习任务二：探究硅的准备方法

【分组讨论汇报】

【提问】你能写出制备的化学方程式吗？

【教师总结】工业制粗硅：2C+SiO2 === 2CO+Si 讲述：粗硅中含有很多杂质 C、SiO2、SiC ，

性质相似，难溶于水、熔沸点高，很难分离

2粗硅转化为高纯硅：粗硅 SiCl4 （沸点低） Si

高温

Cl

H2

高温

高温

【教师】半导体行业有这样一句话：“从沙滩到用户”

我想你们都能感受到其中的含义吧。上面的含硅材料中，除了晶体硅，还有硅酸也不能从自然界中直接获得。能否用二氧化硅溶于水和水反应制得呢？

【学生】不能二氧化硅不溶于水

【教师】我们如何得到呢？

【学生】我们可以用它的盐

Na2SiO3 的水溶液和酸反应制得。

学习任务三：硅酸胶体的制备

【分组实验1】实验目的：制取硅酸胶体

实验步骤

（1）取一支洁净的试管，往其中加入约1mL （一个手指指节的高度）Na2SiO3溶液；

（2）往其中滴入1滴酚酞溶液，稍加振荡；

（3）再用滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止滴加盐酸；

（4）慢慢倒置试管。 （用激光笔照射）

【提问】硅酸钠的性质跟我们刚刚学过的哪个物质有点像？碳酸钠，除了都具有碱性以外还有什么地方也像呢？和酸反应。

Na2SiO3＋2HCl 高温

实验现象

溶液呈红色

实验结论

硅酸钠溶液呈碱性

有胶状物质生成

=== H2SiO3（胶体）+2NaCl

【讲解】碳酸钠和酸反应其实也是先生成碳酸，碳酸不稳定，分解成二氧化碳。为什么他们会这么像呢？

【学生回答】碳和硅最外层都是四个电子。

【讲解】对啊，看看元素周期表。它们可是亲兄弟啊，那你能猜到硅酸的性质吗？

【学生】不稳定。

【讲解】容易脱水形成硅胶，可以做干燥剂，吸附剂，脱水比较彻底就是二氧化硅了。硅的盐、酸都和碳的很像，那他们的氧化物二氧化硅和二氧化碳的性质会不会也很像呢？

学习任务四：探究二氧化硅的性质 【讨论】不一样，气体、固体

【教师】物理性质不同，是因为它们的物质结构不同，二氧化碳存在单个的分子，二氧化硅是立体的空间网状结构，不存在单个的分子。

【展示模型】阅读课本P74科学视野

【提出问题】结构决定性质，所以物理性质不同并不奇怪，但是因为碳和硅的原子结构相似，所以二氧化硅和二氧化碳的化学性质很相似。氢氧化钠溶液的试剂瓶是要用橡皮塞的，结合二氧化碳的化学性质，你们思考一下是什么原因？

【学生】二氧化硅和氢氧化钠反应

【教师】碱性溶液装在有橡皮塞的试剂瓶中，因为玻璃的主要成分里有二氧化硅，NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，使瓶塞部分粘结而无法打开。所以装碱性试剂的试剂瓶要用橡皮塞，固体碱性药品一般装在塑料瓶中。请你写出二氧化硅和氢氧化钠反应的化学方程式。

【小组讨论】SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O。

【提问】那二氧化硅属于什么氧化物？

【学生】二氧化硅能和碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物。

【教师总结】二氧化硅和二氧化碳一样也是酸性氧化物，所以不和一般的酸性试剂反应，但是有一种酸不能装在玻璃试剂瓶中，还可以在玻璃上雕花、刻字，玻璃仪器上的刻度也是这样刻上去的。这种酸就是氢氟酸：4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O.所以只能装在塑料桶里面。

【教师讲解】作为酸性氧化物还可以和碱性氧化物发生反应，CaO＋SiO2=CaSiO3，工业制玻璃就是碳酸钙分成氧化钙在和二氧化硅反应生成硅酸钙的。

【总结】

物理性质

结构

化学性质

与水反应

与碱溶液反应

与碱性氧化物反应

与酸反应

类别

二氧化碳

二氧化硅

能溶于水、常温是气体

不溶于水、常温是固体、熔点很高、坚硬

单个的二氧化碳分子

CO2+H2O≒H2CO3

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

CO2+CaO=CaCO3

——

立体的空间网状结构

不反应

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

SiO2+CaO == CaSiO3

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O（雕刻玻璃）

酸性氧化物

高温

【教师讲解】通过刚才的学习我们发现硅酸钠有黏性，会把塞子和瓶子黏在一起，是建筑行业经常使用的一种黏胶剂，前面我们还用它来制备了硅酸，所以它的用途很广，我们来感受一下。

【分组实验2】硅酸钠溶液的防火作用

实验步骤：将一块用Na2SiO3溶液反复浸泡、沥干的木筷和一块没有浸泡的木筷同时放在酒精灯外焰处灼烧；

【学生汇报】：没有浸泡的木筷很快燃烧，用硅酸钠溶液浸泡过的木筷不易燃烧。

【总结】硅酸钠水溶液俗称水玻璃，木材用它浸泡过以后可以防火，所以可以做木材的防火剂，粘合剂，制备硅胶。

学习任务五：

寻找硅及其化合物的关系

（在教学过程中一步步完成）

CaO/CaCO3

HCl

HF ∆

+4 SiF4 SiO2 H2SiO3 Na2SiO3

NaOH/Na2CO3

C

0 Si

氟化物 单质 氧化物 酸 盐

【提出问题】通过以上内容的学习，我们了解了硅及其化合物的性质及用途，请你也学着老师在你的学案上找出它们之间的转化关系？感受每一步转化在生产、生活中的重要作用。

学习测评

1．（2016学测）手机芯片是一种在半导体材料上集合多种电子元器件的电路模块。下列可用作半导体材料的是（ ） A．铝 B．硅 C．碳 D．铁

2．（2009学测）光导纤维已成为信息社会必不可少的高技术材料。下列物质用于制造光导纤维的是（ ）

A．金刚石 B．大理石 C．铝合金 D．二氧化硅

3.（2018学测）下列物质能与SiO2反应的是(

) A. 水 B. 盐酸 C. 硫酸 D. 氢氟酸

CaSiO3

4．下列说法正确的打“√”，错误的打“×”。（高考选择题改编）

A．（2013高考）因为二氧化硅不与强酸反应，所以可用石英器皿盛放氢氟酸 （ ）

B．（2014高考）因为晶体硅熔点高，硬度大，所以可用作半导体材料 （ ）

C．在给定的条件下,下列所示的物质间转化不能实现 （2016高考）SiO2

SiCl4 Si （ ）

Cl2

H2

（2015高考）粗硅 SiCl4 Si （ ）

高温

高温

（2018南京三模）SiO2H2SiO3Na2SiO3 （ ）

D．（2017、2018高考）

因为SiO2熔点高、硬度大，所以可用于制光导纤维 （ ）

5．聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点,一种用钢管厂的废铁渣(主要成分Fe3O4,含少量碳及二氧化硅)为原料制备的流程如下:

滤渣的主要成分为

(填化学式)。

你觉得滤渣可以如何进行充分利用？是否有利用价值。