第三单元　含硅矿物与信息材料优质教案设计

二氧化硅与信息材料

江阴高级中学 朱慧鸣

一、教学目标

1、掌握二氧化硅的性质及硅单质的制备，了解硅的性质。

2、了解二氧化硅和单晶硅的用途以及硅材料的发展对人类进步的贡献。

3、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。

二、教学重点与难点

重点：二氧化硅的性质；二氧化硅和单晶硅的应用

难点：二氧化硅的化学性质

三、教学方法

结构决定性质的学科思想渗透；物质分类法与类比学习二氧化硅性质；实物感知与动手实验体验结合；思考交流与小组合作。

四、教学媒体

实物展示、模型展示、实验操作、多媒体课件、视频展示。

五、教学过程

【导入新课】人类文明发展是以化学材料定义的，如人类经历了石器时代——青铜器时代——铁器时代……

【设疑】同学们知道我们所处的是什么时代吗？

【讲述】——硅时代。大家学习生活离不开电脑手机，其中用于贮存和转化信息的芯片是单质Si；更加离不开网络，光纤是光导纤维的简称，主要成分是SiO2。

自然界中不存在游离态硅，而二氧化硅却随处可见。

【投影】沙子、水晶等图片

【讲述】这些物质的主要成分都是二氧化硅，水晶石纯度很高的SiO2晶体。

【设疑】联系实物，SiO2具有怎样的物理性质？

【板书】二氧化硅

1．物理性质：熔沸点高，硬度大，不溶于水。

【讲述】二氧化硅结构及石英坩埚

【资料卡】从地面往下16千米几乎65%为二氧化硅的矿石.在SiO2矿产资源提纯中,更多的是要除去矿物中的着色杂质，主要是指其中所含铁的各种化合物,如Fe2O3

、FeO等，用盐酸酸浸法可以除去绝大部分单体含铁矿物。

【交流讨论】（1）、上述过程发生了哪些化学反应？

（2）、从氧化物性质分，Fe2O3

、FeO属______氧化物;SiO2属______氧化物

【学生回答】略

【设疑】

大家最熟悉的酸性氧化物是？

【学生回答】CO2

【学生活动】类比推测

掌握SiO2化学性质

【演示实验】水晶投入装水烧杯，强调SiO2性质不溶于水，与水不反应。

【类比归纳并板书】SiO2性质：（1）酸性氧化物（2）与还原剂作用

【学以致用】1 、观察比较盛装盐酸和Na2SiO3溶液的试剂瓶有何不同？为什么？

2、为什么实验室中盛放NaOH溶液的试剂瓶也用橡皮塞而不用玻璃塞？

（普通玻璃主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2）

【学生回答】SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

NaSiO水溶液俗称“水玻璃”建筑常用黏合剂 23【讲述】虽然该反应在常温下非常缓慢，但长期放置过程中：玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成的黏合剂Na2SiO3，使玻璃塞和瓶颈粘在一起。

【投影】精美玻璃器皿图片，这些精美玻璃器皿是如何雕刻出来的呢？有一种酸可以做到

【视频】氢氟酸腐蚀玻璃

【板书】与氢氟酸反应

【设疑】同学们还记得刚才氢氟酸装在什么试剂瓶中吗？——塑料瓶

【过渡】若要制光导纤维，SiO2含量必须要达到99.9%以上，工业是如何提纯SiO2? 【工业链接1】烧碱法提纯硅石

将硅石（SiO2含量高于98％）粉碎，与烧碱按一定比例混合，放入反应釜中，通蒸汽加热到175℃以上,压力控制在811kPa以上，反应4～6h,冷却后过滤除去未反应的SiO2，即可得硅酸钠溶液，加硫酸得白色胶状硅酸，硅酸受热分解得SiO2，经分离提纯含量高于99.99％以上。

【交流讨论】SiO2提纯的过程分几步完成？发生了哪些化学反应？ 【学生回答】SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O Na2SiO3 + H2SO4 = H2SiO3↓ + Na2SO4

H2SiO3 = SiO2 + H2O 【学生实验】在小试管中倒2mL（约2cm高）Na2SiO3溶液，逐滴滴加1ml稀盐酸（约20滴），观察试管中溶液变化。

【学生归纳】1实验现象——实验结论 2、请描述你所认识的硅酸：

【讲述】纯SiO2可以拉制出直径只有1-100um左右的玻璃纤维，可用于制光导纤维，广泛用于光纤通讯。前香港中文大学校长高锟因开创性的研究与发展光纤被称为“光纤之父”，并获得了2009年诺贝尔奖。

【实物展示】光纤

【讲述】与电缆相比光纤通讯有哪些优点呢？简单来说，可用三个超来概括：超大容量，超长距离，超高速率。如：一根普通光纤可供19亿人同时通话。今年2月，我国研制成功了具有自主知识产权的单模七芯光纤一根可供135亿人同时通话。

【讲述】光纤在光学仪器中的应用

【实物展示】光纤照明

【过渡】如何理解半导体工业实现了从沙滩到用户？

【视频】从沙子到芯片

【设疑】如何实现SiO2到Si的转化？

【工业链接2】工业制高纯硅：先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅，然后将粗硅在高温下跟氯气化合生成四氯化硅，经蒸馏提纯后，用氢气还原得高纯硅（硅含量达99.9%以上）。

【交流讨论】高纯Si的制备过程分几步完成？发生了哪些化学反应？

【学生回答】略

【设疑】单质硅具有哪些性质呢？

【学生活动】阅读书P81 【学生归纳】1、物理性质：灰黑色金属光泽的固体是良好的半导体材料

2．化学性质：（1）常温下稳定，与O2、Cl2、硝酸、硫酸等都很难发生反应。

（2）加热或高温时可以与O2、Cl2反应，

【实物展示】芯片，太阳能电池板

【用途介绍】自从沙子完美升级为单质硅后，人类对硅单质的探索从未停止过。从集成电路、晶体管→芯片→太阳能电池板，不仅改变着计算机技术，也改变着能源结构，更为航天器插上了探索太空的翅膀。

【结束语】从硅石到光纤，从沙子到芯片，人类用智慧一次次把梦想变成的现实。有人预言，下一个时代将会是'碳时代",究竟能否实现，期待同学们用你们的智慧去开创属于你们的新材料时代。

【课外拓展】查阅资料，薯片中为何要添加SiO2，SiO2在食品工业中有哪些应用？