硅-无机非金属材料教案

硅无机非金属材料教案一、教学目标1.了解硅、二氧化硅的主要性质。2.认识硅、二氧化硅在生产、信息技术、材料科学等领域的应用。3、认识物之间既有相似性，又有各自的特性4、初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力二、教学重点、难点重点：二氧化硅的结构、性质和用途；硅单质的用途难点：二氧化硅的结构和化学性质三、教学方法1、自主学习，培养学生自学的能力。2、设疑引导、变疑为导、变教为导的思路教学法四、教学过程新课导入：材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就没法留下美好的回忆；没有高纯的单晶硅就没有今天的电脑；没有特殊的新型材料，火箭就没法上天，人类的登月计划也无法实现，因此说材料的发展对我们的生活至关重要。从化学的角度来说，任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？接下来我们就来学习一下元素与材料之间的关系。板书：硅无机非金属材料学生活动：阅读教材思考一下问题1、无机非金属材料包括哪些？2、这类材料的特点有哪些？讲解：1、无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等2、这类材料的特点是耐高温、硬度高、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电性质。一、半导体材料与单质硅学生活动：阅读教材思考一下问题1、什么是半导体材料？2、最早使用的半导体材料是什么？为什么能广泛使用？3、现在广泛使用的半导体材料是什么？为什么能广泛使用？讲解：1、半导体材料是指导电能力介于导体与绝缘体之间的一类材料；2、最早使用的半导体材料是锗，由于其含量很低，提炼工艺复杂，价格昂贵，所以没能广泛使用。3、现在广泛使用的半导体材料低硅，由于其储量丰富，仅次于氧，常温下化学性质稳定，所以能广泛使用。过渡：硅除了作为半导体材料被广泛使用外，还具有什么其他的性质和用途呢？硅的性质与用途1、物理性质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是一种良好的半导体材料。硅的同素异形体：晶体硅和无定形硅2、预测物质的化学性质（分类思想）硅属于非金属单质应该和C、P、S等非金属单质具有类似的性质1、C、P、S等非金属单质常温下性质比较稳定硅的性质在常温也比较稳定2、C、P、S等非金属单质在一定条件下可以和氧气反应硅也在一定条件下和氧气反应学生活动：画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化合价主要是多少？讲解：Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。化学性质：（常温下比较稳定）Si+O2△SiO2（条件：研碎的硅、加热）过渡：硅的性质比较稳定，长温下除了可以和F2、HF及强碱反应外，很难和其他物质反应学生活动：根据硅的化合价分别写出硅与F2、HF及强碱的化学反应方程式：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2↑Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑过渡：高纯度的单质硅作为半导体材料而被广泛应用于电子、计算机领域，但在自然界中并没有游离态的硅存在，大多以SiO2、硅酸盐的形式存在，这就需要我们通过化学方法制取单质硅。工业制取单质硅原料：焦炭和二氧化硅设备：电炉原理：SiO2+2C高温Si(粗硅)+2CO↑过渡：电子领域对材料的纯度要求的特别高，几乎不能含任何杂质，这就需要我们对粗硅进行提纯。提纯原理：高温下将粗硅与氯气反应，其产物在高温下被氢气还原而得到纯净的硅。学生活动：根据上述原理写出原理中牵涉到的化学反应方程式Si(粗硅)+2Cl2高温SiCl4SiCl4+2H2高温Si+4HCl(纯度：99.9999999%)3、硅的其他用途晶体管、集成电路、硅整电路、太阳能电池、硅合金等二、二氧化硅与光导纤维自然界中常见的沙子、鹅卵石、石英、水晶的主要成分是二氧化硅1、二氧化硅的结构（硅氧四面体结构）我们说，结构决定性质，SiO2的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决定了其化学性质的稳定性。2、物理性质：结构与金刚石相似，熔点高；硬度大，不溶于水，是沙子石英等的主要成分，可用来装饰、制造电子部件和光学仪器。3、化学性质与强碱反应：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O与碱性氧化物反应：SiO2+CaO高温CaSiO3与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O（工业上雕刻玻璃的反应原理）实验常遇到的问题：1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？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。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。二氧化碳与二氧化硅的化学性质比较相近，我们以表格的性质将二氧化碳和二氧化硅的化学性质作一个对比，便于大家更好的掌握两者的联系与区别物质CO2SiO2与水反应CO2+H2O===H2CO3不反应与酸反应不反应SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O与碱反应CO2+2NaOH==Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O与碱性氧化物反应CO2+CaO==CaCO3SiO2+CaO高温CaSiO3与碳反应CO2+C=2COSiO2+C高温Si+2CO4、二氧化硅的用途①、制光导纤维②、石英玻璃制化学仪器③、石英表、石英钟④、水晶制光学仪器和工艺品⑤、玛瑙制精密轴承和装饰品三、硅酸（H2SiO3）H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。思考：SiO2不溶于水且不和水反应，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备CO2的方法来设想一下？讲解：初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一种很弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢？1、硅酸制备：可溶性硅酸盐（Na2SiO3）与酸反应Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO32、不稳定，受热易分解H2SiO3△H2O+SiO2硅石结晶形：玛瑙、石英、水晶无定形：硅藻土板书设计硅无机非金属材料一、半导体材料与单质硅硅的性质与用途1、物理性质2、化学性质Si+O2△SiO2（条件：研碎的硅、加热）Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2↑Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑硅的制取：SiO2+2C高温Si(粗硅)+2CO↑硅的提纯：Si(粗硅)+2Cl2高温SiCl4SiCl4+2H2高温Si+4HCl(纯度：99.9999999%)3、硅的用途二氧化硅用途广，石英表中的压电材料、光导纤维等光纤光缆与普通电缆的比较光纤光缆普通光缆每根光缆可同时通过10亿路电话8管同轴电缆，每条通话1800路原料来源广资源较少质量轻，不怕腐蚀，铺设方便质量大，怕腐蚀抗电磁干扰，保密性好，不发生电辐射不抗电磁干扰，发生电辐射二、二氧化硅与光导纤维1、结构2、物理性质3、化学性质4、二氧化硅用途三、硅酸（H2SiO3）1、硅酸制备：可溶性硅酸盐（Na2SiO3）与酸反应Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO32、不稳定，受热易分解H2SiO3△H2O+SiO2