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=SiF4 Si+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SiCl4 SiCl4+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
4、二氧化硅的用途
结晶形：玛瑙、石英、
硅石
无定形：硅藻土
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+H2SiO3
2、不稳定，受热易分解
H2SiO3△H2O +SiO2
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=SiF4 Si+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
SiCl4 SiCl4+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
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+H2SiO3
2、不稳定，受热易分解
H2SiO3△H2O +SiO2。