第三单元　含硅矿物与信息材料特级教师教学实录

第3单元

课时2二氧化硅与信息材料教学设计

一、教材分析

本课选自高中化学必修一专题3第三单元第二课，教材主要介绍了二氧化硅的物理化学性质以及应用，工业上用C还原法制取高纯度硅的方法和原理、硅晶体的物理化学性质以及硅晶体的应用。本节课编排在常见金属元素的学习之后，是对全面学习基础材料的补充，让学生能够更多的了解关于基础材料的知识。本节课之后，编排了一些非金属元素的学习，所以整个编排顺序是从金属元素的学习过渡到非金属元素的学习，随意本节知识的学习在整个单元学习中起到承上启下的过渡作用。

二、学情分析

本节课的学生是高一学生，他们的思维能力比较活跃，对化学知识的学习充满好奇，而且在初中的学习中，已经学习过了有关碳元素及其化合物的有关知识，所以本节课通过类比碳元素知识的学习，让学生进行知识的构建，对学生来说难度不大。但是，本节课设计到很多新的内容，对硅是半导体，性质介于金属和非金属之间，类比有关碳知识的学习理解起来有点困难。此外，对于二氧化硅的化学性质的理解以及方程式的书写有些问题。

三、三维目标

知识与技能：知道硅在自然界中的存在形式；

掌握单质硅、二氧化硅的物理化学性质；

知道工业上高纯度硅的制备方法；

掌握二氧化硅和硅在信息技术、材料科学等领域的应用。

过程与方法：通过二氧化碳与二氧化硅的类比学习，培养推理、归纳、迁移能力

情感态度价值观：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，激发学习化学的热情，提高社会责任感

四、教学重难点

重点：二氧化硅和单晶硅的应用，二氧化硅的性质。

难点：二氧化硅的化学性质。

五、教学过程

【导入新课】玛瑙、石英等图片

【设疑】你相信吗，平凡的沙子和美丽的水晶其实是同一种物质，这种物质到底是什么呢？

【讲述】这些物质的主要成分都是二氧化硅。

【板书】

一、二氧化硅

1．存在形式：沙子、石英、水晶、硅藻土

【设问】二氧化硅是氧化物，它是哪类氧化物？

【学生回答】酸性氧化物。

【设疑】

酸性氧化物应该具有那些性质呢？请大家根据阅读课本内容设计表格归纳二氧化硅的性质。

【板书】2．性质：

状态

硬度

性质

化学性与碱性氧化物

质

熔沸点

与水

与碱溶液

二氧化硅

固态

大

很高

不反应

SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O

SiO2+CaO高温

CaSiO3

【归纳】从上面的比较我们看出，SiO2性质不活泼，不与水、酸（氢氟酸除外）反应，耐高温、耐腐蚀。但可与碱性氧化物和强碱溶液反应。

【设疑】盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，你知道是什么原因吗？

【强调】氢氧化钠与玻璃中二氧化硅反应，生成硅酸钠，具有粘性，容易把瓶子和塞子粘住，不容易打开。

【讲述】

SiO2的熔沸点很高是由它的结构决定的，它是空间网状结构。

【板书】

3．空间结构：立体网状结构

结构单元：正四面体

【介绍】

SiO2用途非常广泛，可用于制作光学镜片、石英坩埚等，我们来看介绍。

【过渡】我们开始讲的光导纤维也是由SiO2制取的。

二．光导纤维

【讲述】光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。光纤通信发展很快，全世界总量超过1亿公里。我国在这方面起步并不算晚，1995年一年铺设了130万公里，全国已形成八横八纵的干线网。中日海底光缆已经开通，中美海底光缆工程也已经启动。1992年美国曾提出一项关于通信方面的计划，这就是“信息高速公路”计划，而光纤、光缆是信息高速公路的基石。

【讲述】光导纤维的应用。

【过渡】光纤很神奇，下面我们再来看个神奇的图片：用硅原子组成的两个汉字“中国”。

【介绍】照片上的两个字是在硅晶体表面，通过操纵硅原子“写出”的。“中国”两个字“笔画”的宽度约两纳米，这是目前世界上最小的汉字，说明人类已进入操纵原子的时代，目前

只有中国等少数国家掌握。我们应该为此感到自豪。

【讲述】硅常作半导体材料。硅半导体材料的制备必须先制得高纯硅，请看制备出的硅晶体图片。

【设问】那么硅晶体又是如何制备的呢？

【板书】三、硅

1．硅的制备

制粗硅：2C+SiO2

高温

Si+2CO↑

【过渡】这样制得的硅仍含有杂质，纯度不高，仍然不能满足工业生产的需要，所以要把粗硅提纯。

【板书】硅提纯：

Si+2Cl2

高温

SiCl4（400—500 ℃）

Si+4HCl SiCl4+2H2

高温

【引导】晶体硅的性质又怎样呢？请大家阅读课本82页，然后归纳一下。

【板书】2．硅的物理性质

灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点高，硬度大，难溶于水。

硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。

3．硅的化学性质

（1）常温下，性质稳定，与氧气、氯气、硝硫酸等都很难反应

（2）加热高温条件下，与氧气、氯气等反应。

Si + O2

高温

SiO2 SiCl4（液态）

Si + 2Cl2

4．硅的用途

高温

【巩固练习】

1．下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中正确的是 （ C ）

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，不溶于常见的溶液中。 2．要除去SiO2中混有的少量杂质CaCO3，最适宜的试剂是 ( B )

A.水 B.盐酸 C.稀硫酸 D.氢氧化钠溶液。

3．据2001年12月有消息报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点

。假如硅作为一种普通使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当的是 （ D ）

A.硅便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料；

B.硅的来源丰富，易开采，且可再生；

C.硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度底，容易有效控制；

D.寻找高效催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术

【结束语】这节课我们主要学习了硅单质和二氧化硅的结构和性质及用途，我们也了解到硅及其化合物在全球信息的流通、电子业的发展中充当了非常重要的角色，随着科技的发展，它们还会为人类文明的进步发挥更多的作用，创造更多的奇迹。希望同学们努力学习，掌握更多的科学知识，研究硅这古老而又年轻的元素在更多方面的应用。

【作业】1．

完成“练习与实践”第2、3、6三题。

2．通过查阅资料了解硅及其化合物在生活和生产中的应用。