第一节 无机非金属材料的主角—硅（1）

2015-10-19 15:11:40   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第一节  无机非金属材料的主角—硅（1）

【引言】在上一章我们已经学习了金属及其化合物的知识，我们知道，在已经发现的一百多种元素中，金属占了大约80%，除稀有气体外，非金属元素只有十多种，它们大都位于元素周期表的右上部。本章我们将要分别学习硅、氮、硫、氯这四种元素及其所形成的化合物的知识，这些元素的化合物的性质与人类社会有密切的关系。

 第四章    非金属元素及其化合物

【过渡】这节课我们首先来学习一种非常重要的无机非金属材料—硅。

【板书】第一节   无机非金属材料的主角——硅

［图片展示］第一组：岩石、沙子、土壤；第二组：水晶、玛瑙、石英光导纤维；第三组：陶瓷、玻璃、水泥；第四组：U盘、硅太阳能电池、计算机芯片。

【过渡】通过以上关于硅的精美图片，我们不难发现，硅及其化合物在非金属材料和信息技术等领城，在建筑、通信、光电技术及航空航天等方面有广泛的应用，在社会发展历程中、国民经济中、信息化社会中扮演了重要的角色。

【问题】请简要阅读课文第一自然段后回答课文标题中“无机非金属材料的主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么？（学生回答：硅含量仅次于氧，硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分。展示：硅在地壳中的含量。）

［讲述］硅在地壳中的含量为26.3%，硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量90％以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角的角色。

【板书】硅的存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，硅的氧化物及硅酸盐约占地壳质量90％以上。

［设问］为什么硅的用途这么广泛呢？我们经常说结构决定性质，那么，硅的性质与它的结构有什么必然联系呢？请同学们利用原子结构进行探究。

【探究问题】

1、请画出碳和硅原子结构示意图。

2、碳元素和硅元素的原子结构有什么异同？原子最外层电子决定物质性质，推测硅单质的性质有哪些？

［探究结论］硅和碳元素一样，原子最外层均有四个电子。其原子即不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。二氧化硅、硅酸和硅酸盐是硅的最重要的化合物。

【过渡】虽然硅的原子既不易失电子，也不易得电子，但是它却很喜欢跟氧呆在一起，是一种亲氧元素。因此，它在自然界中总是与氧相互结合，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。下面我们就从最简单的硅的氧化物二氧化硅入手来学习硅。

［板书］一、二氧化硅（SiO₂）   

［引导］请同学们阅读教材P75。根据图片和文字回答， SiO₂的存在形态？ SiO₂具有哪些用途？

［讲述］地球上天然二氧化硅成为硅石，约占地壳质量的20％，存在形态有结晶性和无定性两种。

［板书］1、存在形态：二氧化硅是硅元素的最重要的化合物，二氧化硅的存在形态有结晶形、无定形两大类，统称硅石。

（1）二氧化硅的晶体是石英，石英分为水晶和玛瑙。石英中无色透明的晶体是水晶；石英中具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。

［图片展示］水晶、玛瑙、石英光导纤维、石英坩埚。

水晶                     玛瑙                  玛瑙饰品

石英坩埚       光导纤维晶体结构：请同学们课后阅读教材P75科学视野。

（2）二氧化硅晶体模型：

［分析］将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子结合，所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为1:2，SiO₂只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在SiO₂的小分子。

［讲述］石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。

2、用途：石英可用来做工艺品、光学仪器、光导纤维、建筑材料、耐高温耐磨仪器。

【思考与交流】根据二氧化硅的存在和用途分析，二氧化硅的物理性质是什么？二氧化硅是否稳定？二氧化硅性质与什么有关？

【结论】熔点高、硬度大，不溶于水的固体；性质稳定；结构稳定决定了性质稳定。

3、物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水的固体。

【过渡】由以上分析可知，由于二氧化硅结构稳定，所以化学性质也比较稳定。性质稳定，并不是不和别的物质反应。

4、化学性质：

［讲述］二氧化硅是酸性氧化物，在一定条件下能与强碱、碱性氧化物反应。

（1）SiO₂与CaO反应：

（2）SiO₂与NaOH溶液反应：

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

注意：该反应在常温下，缓慢反应。

［思考］实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？

［结论］已知玻璃中含有SiO₂，NaOH和SiO₂常温下缓慢反应可以生成硅酸钠，而硅酸钠是一种粘合剂，能将瓶塞与试剂瓶粘在一起，所以实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

展示：瓶塞被粘住一个试剂瓶。要学生来打开，引发学生讨论。

（3）SiO₂的特殊性：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

  注意：该反应在常温下，迅速反应。

［强调］酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而SiO₂只能与氢氟酸反应，不能与其它酸反应，这是用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。

［思考］氢氟酸和NaOH溶液均可以在常温下和玻璃中的SiO₂反应，为什么可用氢氟酸雕刻玻璃？而不用NaOH溶液？用什么容器来盛氢氟酸？

（4）SiO₂与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产）

【小结】SiO₂化学稳定性好，常温下可以与强碱（如NaOH）等缓慢反应，属于酸性氧化物，可以与氢氟酸反应，不与其它酸反应。

［过渡］刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。

［板书］二、硅酸(H₂SiO₃)

1、硅酸的制取：

【思考】：硅酸（H₂SiO₃）能通过二氧化硅与水反应制得吗？为什么？

【结论】由于SiO₂不溶于水，所以硅酸可以通过可溶性硅酸盐和酸反应制取。

［实验４—１］试管中加入３～５ｍL Na₂ＳiＯ₃饱和溶液，滴入２～３滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边震荡，至红色变浅并接近消失停止，记录现象。

2、物理性质：白色胶状物，不溶于水。

3、化学性质：弱酸，酸性比碳酸还弱，可以与强碱反应。受热干燥失水，形成硅胶干凝胶，做干燥剂。

Na₂SiO₃+H₂O+CO₂==H₂SiO₃↓+Na₂CO₃  H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O

4、用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。

［课堂习题］

1、南方某一工厂工人经常得一奇怪的肺病（肺矽病），经查此病主要是由一种矿物粉尘在空气中含量过高而引起，粉尘得主要成分是(  )

A．C    B．CaCO₃    C．SiO₂     D． Si

2、下列有关二氧化硅的叙述中错误的是(  )

A．SiO₂是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸(H₂SiO₃)

B．硅酸可由SiO₂直接制得

C．SiO₂可与碱性氧化物或强碱反应  

D．光导纤维的主要原料就是SiO₂

3、下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是(  )

　  A．硅酸钠溶液     B．氢氟酸   C．氢氧化钠溶液 　D．氯化钠溶液

〖板书设计〗  第一节  无机非金属材料的主角——硅

一、二氧化硅（SiO₂）

1、存在形态：结晶形、无定形；

2、物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水的固体。

3、化学性质：

（1）与CaO反应   （2）与NaOH溶液反应   （3）与氢氟酸反应

4、用途：可制造光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件等。

二、硅酸

1、硅酸的制取  2、物理性质    3、化学性质

〖教后记〗