2016-2017学年高中化学 专题4.1.1 二氧化硅和硅酸教学案

专题4.1.1 二氧化硅和硅酸

【教学目标】 知识与技能：

1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途

2、了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质 过程与方法：

1、自主学习，培养学生自学的能力。

2、活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。 情感态度与价值观：

通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造

性和实用性，激发对化学科学的兴趣。

【教学重点】二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质) 【教学难点】二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容 【课时安排】

【教学过程】

〖引言〗我们生成的地球，它坚硬的地壳是由什么构成的？ 岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。 〖设问〗一提到硅，同学们又能想到什么呢？ 资料卡片： 硅谷：美国新兴的高技术产业开发区，电子技术研究中心，计算机生产的重要基地，位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端。 半导体：单晶硅是半导体器材的核心材料，硅半导体是集成电路的主要材料，估计在21世纪，硅仍然会占半导体材料的95%以上。 〖导入〗从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都在扮演着主要的角色。今天，就让我们一

同来研究一

下硅的氧化物——二氧化硅及硅酸和硅酸盐的性质 。 〖板书〗第四章 第一节 无机非金属材料的主角------硅(一) 〖讲解〗硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。 〖投影〗元素周期表

1

〖讲解〗位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。其中具有代表性的是

其中的两位

兄长。碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有机界”。其构成的

煤、石油等有机

化产品和材料是现代化的基石。而它的弟弟——硅，地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩

石、沙子和

土壤， “统治了地壳”，而当今硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。 〖思考与交流〗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？ +6 2 4 +14 2 8 4 〖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。

〖思考〗常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚

石）存在，

而硅却没有，说明了什么？ 资料卡片： 单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然 〖过渡〗下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。 〖板书〗一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在

〖讲解〗SiO2 是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形

态有结晶形

和无定形两大类，通称硅石。

2

〖投影〗并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆

〖讲解〗水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可

作饰物等用

途外，SiO2 在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等。 〖板书〗(2) 用途

?结晶形：玛瑙、石英、水晶硅石?

?无定形：硅藻土

〖投影小结〗 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

〖讲解〗结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2 的知识，思考一下，SiO2的物理性质有

哪些，注意 与CO2进行比较研究

〖板书〗(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明 〖思考〗为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？

〖讲解〗主要取决于结构的不同。CO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2 是Si—O

四面体 结构

〖投影〗硅氧四面体结构

[SiO]

〖讲解〗SiO4]四面体：每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心，O在四个顶角. 同时

每1个O原

子周围结合2个Si原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，通常用SiO2 来表

示二氧化硅

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的组成.

〖板书〗(4) 结构：空间网状结构

〖讲解〗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。

〖板书〗(5)化学性质：稳定，不活泼

① 具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) 与强碱反应 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaO

高温 CaSiO3

〖讲解〗SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比如酸性氧化物一般不与酸反

应，而SiO2

却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻璃的反应原理 〖板书〗② 与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O

〖讲解〗除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应 〖投影小结〗 ③ 弱氧化性：SiO2+2C

高温 Si +2CO↑ (工业上制粗硅)

高温 ④ 与某些盐反应：Na2CO3+SiO2 CaCO3+SiO2

高温 Na2SiO3+CO2↑

CaSiO3+CO2 ↑ (工业上制玻璃的主要反应)

〖思考与交流〗

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。

〖过渡〗刚才我们提到SiO2不能溶于H2O得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一

种怎样制得的酸呢？ 〖板书〗2、硅酸(H2SiO3)

〖讲解〗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。

〖板书〗硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。 〖设问〗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

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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？ 〖投影实验〗P76 实验4-1

实验4-1：向饱和Na2SiO3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸

现象 结论 化学方程式 滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成 Na2SiO3 溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3 且H2SiO3 难溶于水 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl 〖设问〗若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 会有什么现象呢？ 〖板书〗Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 ↓

〖讲解〗所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、

胶冻状的

硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，

常用做实验室

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。 〖讲解〗如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2 〖板书〗H2SiO3

△ H2O +SiO2

〖活动与探究〗硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，请利用实验室常见的仪器及药品，设计一个简

单实验，

证明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。

〖分析〗利用CO2 溶于水产生H2CO3 ，而H2CO3的酸性比H2SiO3 的酸性强，可以将CO2通入到Na2SiO3 的溶液中。

〖板书〗Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 ↓

〖总结〗本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重

要性质及用

途。知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。知道了

SiO2在当前

信息时代、IT产业中的重要作用。化学知识可以帮助我们认识，了解世界，我们也可以用学过

的知识进行

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发明、创造，造福人类。

〖课堂练习〗

1．制造光导纤维的主要原料是（ ）

A．晶体硅 B．二氧化硅 C．石墨 D．硅酸钠 2．下列说法正确的是（ ）

A．SiO2溶于水显酸性

B．CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸 C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子

3．下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是( )

A．烧碱溶液 B．浓硫酸 C．氢氟酸 D．碳酸钠溶液 4．要除去SiO2 中的CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）

A．纯碱溶液 B．盐酸 C．硫酸 D．苛性钠溶液 5．加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ）

A．石英坩埚 B．普通玻璃坩埚 C．铁坩埚 D．陶瓷坩埚 6．CO2 通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是 ( )

A．石灰水 B．饱和碳酸钠溶液 C．硅酸钠溶液 D．氯化钙溶液 【板书设计】

第四章 第一节 无机非金属材料的主角------硅(一) 一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在 (2) 用途

(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明(4) 结构：空间网状结构 (5) 化学性质：稳定，不活泼

○

1 具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) 与强碱反应 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO 高温 2+CaO

CaSiO3

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2 与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O ○

2、硅酸(H2SiO3)

硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。 Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3 ↓ H2SiO3

△ H2O +SiO2

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