高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計

高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計

　　作為一名為他人授業解惑的教育工作者，時常會需要準備好教案，編寫教案有利於我們弄通教材內容，進而選擇科學、恰當的教學方法。我們該怎麼去寫教案呢？以下是小編精心整理的高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計，歡迎大家借鑑與參考，希望對大家有所幫助。

　　教學目標

　　1.使學生了解矽的結構特點、性質、用途、存在及製備方法。

　　2.使學生了解二氧化矽的存在、性質和用途。

　　3.培養學生對知識歸納、總結和探究的能力。

　　教學重點

　　矽和二氧化矽的化學性質

　　教學難點

　　培養學生對知識的歸納、總結和探究的能力

　　課時安排

　　一課時

　　教學方法

　　引導、探究、對比、練習

　　教學用具

　　投影儀

　　兩條幹燥的布條或線繩（其中一條在矽酸鈉溶液中預先浸過）、酒精燈、火柴

　　教學過程

　　［引言］請大家看課本彩圖中的矽單質照片。

　　［師］別看它看起來灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。大到高科技領域，小到我們的周圍，到處都有矽及其化合物的蹤影。當今電子工業的飛速發展，更是與人們對矽的性質的認識息息相關。本節課，我們就來學習矽及其化合物的有關知識。

　　［板書］第二節矽和二氧化矽

　　［過渡］首先，我們來認識一下元素含量居於自然界第二的矽單質的性質。

　　［板書］一、矽（Si）

　　［師］請大家閱讀課本P145的第一、二自然段，總結出矽的存在形態、結構特點、物理性質等方面的內容。

　　［學生閱讀］

　　［問］矽元素以什麼形態存在於自然界？矽元素主要存在於什麼物質裡？

　　［生］矽以化合態存在於自然界，矽元素主要存在於地殼的各種礦物和岩石裡。

　　［問］矽有幾種同素異形體？分別是什麼？

　　［生］矽有晶體矽和無定形矽兩種同素異形體。

　　［問］為什麼晶體矽的熔沸點高、硬度大？

　　［生］因為它的結構類似於金剛石。

　　［問］矽的導電性怎樣？

　　［生］介於金屬與非金屬之間，是半導體。

　　［師］很好。以上內容我們可總結如下：

　　［板書］以化合態存在於自然界，有兩種同素異形體。

　　（1）物理性質：熔、沸點高，硬度大，半導體。

　　［過渡］那麼，矽單質的化學性質又有哪些？其與同主族的碳相比，是否一樣？下面，我們就來學習這個問題。

　　［板書］（2）化學性質

　　［師］請大家根據初中所學知識回答，碳單質有哪些化學性質？

　　［生］碳單質在常溫下性質穩定，高溫時可與氧氣等活潑非金屬反應。在化學反應中常做還原劑。

　　［師］回答得很好。那麼，矽的`性質是否也如此呢？請大家閱讀課本P146第一自然段進行總結。

　　［學生閱讀後回答］

　　常溫下，矽的化學性質不活潑，除氟氣、氫氟酸和強鹼外，矽不跟其他物質，如氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等起反應。加熱時，能跟一些非金屬反應，如它能和氧氣反應生成二氧化矽。

　　［師］對。我們可把上述矽單質的化學性質歸納如下：

　　［講解並板書］常溫下性質穩定

　　Si+2F2====SiF4 Si+4HF====SiF4+2H2↑

　　Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑ Si+O2 SiO2

　　［師］除此以外，矽在高溫時還可分別與碳及氮氣反應生成熔沸點很高、硬度很大的金剛砂——碳化矽（SiC）及氮化矽（Si3N4）。

　　［過渡］物質的用途由其性質決定，矽的這些性質決定了矽什麼樣的用途呢？請大家閱讀課本P146第二自然段和課本P147選學內容“矽的用途”。

　　［板書］（3）矽的用途

　　［學生閱讀後回答］可以用來制積體電路、電晶體、矽整流器、太陽能電池，還可以用來製造變壓器鐵芯及耐酸裝置等。

　　［師］回答得很好。不過，大家需要知道的是，電子工業上所用的矽，都是純度很高的矽，而由我們剛才所學知識知道，自然界沒有單質矽存在。那麼，我們怎樣製取矽呢？請大家看課本後回答。

　　［板書］（4）矽的製法

　　［學生看書後回答］我們使用的矽，都是從矽的化合物中提取的。工業上用碳和二氧化矽在高溫下反應制取矽。

　　［板書］SiO2+2C Si+2CO↑（工業製法）

　　［師］注意！上述反應中的產物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，透過上述反應所製得的矽只是粗矽，用做半導體材料時，還需將其提純。

　　［過渡］矽在常溫下性質穩定，但在受熱條件下可與氧氣反應生成二氧化矽。接下來，我們來學習矽的最高價氧化物——二氧化矽的性質。

　　［板書］二、二氧化矽（SiO2）

　　［問］二氧化矽與二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高價氧化物，它們的性質是否相同呢？請大家回憶我們初中學過的二氧化碳的性質，並從物理性質和化學性質兩方面回答。

　　［生］二氧化碳的物理性質是：常溫常壓下是無色無味的氣體，能溶於水，密度比空氣大。

　　化學性質是：本身不燃燒，一般情況下也不支援燃燒，能與水反應生成碳酸，能與鹼反應，是酸性氧化物。

　　［師］大家回答得很流利。請問，有沒有固體的二氧化碳？

　　［生］有！固體的二氧化碳叫乾冰。

　　［師］乾冰可以用來人工降雨，為什麼？

　　［生］因為乾冰有易昇華的性質。

　　［師］那麼，二氧化碳所具有的物理性質二氧化矽是否具有呢？請大家看課本有關內容，比較二氧化碳與二氧化矽的物理性質。

　　［板書］（1）物理性質

　　［學生看書後回答］二氧化矽與二氧化碳的物理性質差別很大，它是一種堅硬難熔的固體，不溶於水。

　　［板書］堅硬難溶的固體，不溶於水。

　　［過渡］二氧化矽的化學性質與二氧化碳相比，是不是也有這麼大的差異呢？請大家閱讀課本有關內容，並填寫下表。

　　［板書］（2）化學性質

　　［投影展示］SiO2與CO2化學性質的比較

　　物質二氧化矽（SiO2）二氧化碳（CO2）

　　與水反應

　　與酸反應

　　與鹼反應

　　與鹼性氧化物反應

　　與碳反應

　　［找一個同學把答案填寫在膠片上，不足部分由教師和學生共同補充］

　　注：［上表答案］

　　不反應CO2+H2O H2CO3

　　SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O不反應

　　SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O

　　CO2+NaOH====NaHCO3

　　SiO2+CaO CaSiO3

　　CO2+Na2O====Na2CO3

　　SiO2+2C Si+2CO↑

　　CO2+C====2CO

　　［師］從上表可以看出，二氧化矽能與鹼反應生成相應的鹽和水，是一種酸性氧化物，它不能溶於水得到相應的酸——矽酸。

　　酸性氧化物一般不與酸發生化學反應，而二氧化矽卻能與氫氟酸發生反應，這也是工業上用氫氟酸雕刻玻璃的反應原理。以上兩點，屬二氧化矽的特性。

　　由此，我們可總結出二氧化矽的主要化學性質為：

　　［講解並板書］不溶於水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應。

　　［問題探究］為什麼實驗室中盛放鹼液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

　　［生］因為玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和鹼起反應，容易使玻璃瓶塞和瓶頸粘在一起而不能開啟。

　　［師］很正確。

　　［過渡］二氧化矽廣泛存在於自然界中，與其他礦物共同構成了岩石，天然二氧化矽也叫矽石。砂子的主要成分就是二氧化矽，石英的主要成分也是二氧化矽，水晶是純度較高的二氧化矽。請大家看課本有關內容，瞭解它們的用途。並總結出來。

　　［板書］（3）用途

　　［學生看書後回答］二氧化矽可用來做光導纖維；石英可用來做石英鐘、石英錶，耐高溫的石英玻璃；水晶可以用來製造電子工業中的重要部件、光學儀器、工藝品、眼鏡片等，含有有色雜質的石英，還可用於製造精密儀器軸承，耐磨器皿和裝飾品等。

　　［師］大家回答得很全面。

　　［師］確實，二氧化矽在日常生活、生產和科研等方面有著重要的用途，但有時也會對人體造成危害，使人患矽肺病，請大家閱讀課本P148“二氧化矽粉塵的危害”的內容。

　　［學生閱讀後］

　　［師］希望大家努力學習，並能在將來發明和創造一些新的技術，新的裝置以控制空氣中粉塵的含量，從而為人類的健康和生存環境做出貢獻。

　　［過渡］剛才我們提到二氧化矽不能溶於水得到相應的酸——矽酸。那麼，矽酸是怎樣的一種酸？它怎樣製得呢？下面我們就來學習這個問題。

　　［板書］三、矽酸（H2SiO3）

　　［師］從上一節我們比較同主族元素的性質知道，矽酸是一種比碳酸還要弱的酸，它不溶於水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。

　　［板書］不溶於水，酸性比碳酸弱。

　　［師］矽酸可透過可溶性矽酸鹽與酸反應得到，如：

　　［講解並板書］Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl

　　Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

　　［講解］生成的H4SiO4叫原矽酸，是一種白色膠狀物質，不溶於水，在乾燥的空氣中易失水變成矽酸。矽酸在加熱條件下會進一步失水得到二氧化矽。

　　［板書］H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O

　　［過渡］剛才我們提到的矽酸鈉，是一種可溶性的矽酸鹽，而其他矽酸鹽多數是不溶於水的。矽酸鹽是構成地殼岩石的主要成分，自然界中存在的各種天然矽酸鹽礦物，約佔地殼質量的5%。

　　［板書］四、矽酸鹽

　　［師］請大家看以下實驗。

　　［演示實驗］取兩根一樣的乾燥布條（其中一根在矽酸鈉溶液中浸過）在火焰上燃燒。

　　［問］兩根布條燃燒的情況一樣嗎？現象有何不同？

　　［生］不一樣。一根很容易燃燒，一根不燃。

　　［師］是什麼原因造成了這樣的差別呢？答案在這裡！

　　［板書］矽酸鈉（Na2SiO3）

　　［講解］不燃的布條是由於我預先在矽酸鈉溶液中浸泡並曬乾的。這也是矽酸鈉的用途之一。矽酸鈉的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很廣，建築工業及造紙工業用它做粘合劑。

　　木材或織物用水玻璃浸泡過後既防腐又不易著火。浸過水玻璃的鮮蛋可以長期儲存。水玻璃還用作軟水劑，洗滌劑和制肥皂的填料。它也是制矽膠和分子篩的原料。

　　矽酸鹽的種類很多，結構也很複雜，通常可用二氧化矽和金屬氧化物的形式來表示其組成。書寫時，應把金屬元素的氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序寫出其氧化物，然後寫SiO2，最後寫H2O，且各氧化物之間要用“”隔開。如：

　　［板書並講解］Na2SiO3 Na2OSiO2

　　Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O

　　［師］粘土的主要成分也是矽酸鹽，是製造陶瓷器的主要原料。

　　［投影練習］閱讀下文，完成1~3題。

　　矽晶體結構類似於金剛石，低溫下單質矽不活潑，與空氣、H2O、酸均無作用，但可與強鹼和強氧化劑在適當溫度下作用，如矽能與鹵素在加熱或高溫下生成四鹵化矽，高價態矽的化合物可在高溫下被碳、鎂、氫等還原劑還原成單質矽；工業上也可用矽石與焦炭在高溫下制金剛砂（SiC），某高純矽煉製廠利用食鹽、石英、水、焦炭為原料製取用作半導體材料的高純矽。

　　1.假設根據每步反應建立一個生產車間，該高純矽廠家需要幾個車間

　　A.3個B.4個

　　C.5個D.6個

　　2.生產原理中沒有涉及到的反應是

　　A.置換反應B.複分解反應

　　C.化合反應D.電解反應

　　3.該廠家不採用石英與焦炭直接制高純矽的主要原因是

　　A.產量太低B.產品中含SiC

　　C.產品中含有過量的矽石和焦炭D.耗能太大

　　答案：1.C 2.B 3.B

　　4.Al2O32SiO22H2O是

　　A.混合物B.矽酸鹽

　　C.兩種氧化物的水化物D.鋁酸鹽

　　解析：矽酸鹽的種類繁多，結構複雜，人們通常用金屬氧化物和二氧化矽的形式來表示組成，如Na2SiO3改寫成Na2OSiO2。解此類題時，先把題目所給氧化物反寫過來則為Al2（Si2O5）（OH）4，為高嶺石，即為矽酸鹽，不是混合物，也不是兩種氧化物的水化物，更不是鋁酸鹽。

　　答案：B

　　板書設計

　　第三節矽和二氧化矽

　　一、矽（Si）

　　以化合態存在於自然界；有兩種同素異形體。

　　（1）物理性質：熔沸點高、硬度大、半導體。

　　（2）化學性質

　　常溫下性質穩定

　　Si+O2 SiO2

　　（3）矽的用途

　　（4）矽的製法

　　SiO2+2C Si+2CO↑（工業製法）

　　二、二氧化矽（SiO2）

　　（1）物理性質：堅硬難溶的固體，不溶於水。

　　（2）化學性質：不溶於水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應。

　　（3）用途

　　三、矽酸（H2SiO3）

　　不溶於水，酸性比碳酸弱

　　Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

　　H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O

　　四、矽酸鹽

　　矽酸鈉（Na2SiO3）Na2OSiO2 Al2（Si2O5）（OH）4 Al2O32SiO22H2O

　　教學說明

　　本節課採用了學生自學、教師引導歸納，並同已學知識相比較的教學方法，目的是為了讓學生更多地參與教學，並在學習的過程中培養學生對知識的歸納、總結和探究的能力。由於在初中已學過有關碳及其化合物的知識，採用對比的學習方法，可以使學生溫故而知新。

　　學生在瞭解SiO2的用途時，教師同時引導他們瞭解SiO2粉塵的危害。這可以培養學生在以後的實踐中能辯證地看問題。

　　本課時增加了一個有關水玻璃的實驗。一是引起學生學習的興趣；再就是學生會印象深刻；更重要的是消除學生對陳述性知識的乏味感，也希望能對後面矽酸鹽工業的介紹，做一個很好的引子。

　　另外，如果授課時間允許，最好能專用一個課時來學習和整理碳及其化合物的有關知識，以使碳族元素的知識更加豐富和條理化。

　　［注］碳及其化合物的有關知識可參考備課資料的知識補充部分。