2022年高中化學 硅及其化合物學案 新人教版必修1

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1、2022年高中化學 硅及其化合物學案 新人教版必修1 【學習目標】 1．認識硅的性質(zhì)，了解硅的用途。 2．通過對比分析，理解二氧化硅的性質(zhì)，了解二氧化硅的特性和用途。 3．認識硅酸的性質(zhì)，了解硅膠的用途。 【活動過程】 活動一：認識硅的性質(zhì)，了解硅的應用 1．寫出碳和硅的原子結構示意圖，指出兩者的區(qū)別聯(lián)系以及兩種元素在自然界的存在。 2．單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種，且已知晶體硅結構和金剛石類似。請你根據(jù)金剛石的性質(zhì)，預測晶體硅的物理性質(zhì)和化學性質(zhì) 3．根據(jù)硅在元素周期表中的位置，解釋硅成為信息技術關鍵材料的原因。 4．交流討論并歸納硅的應用，說說為什么

2、可以稱硅為無機非金屬材料的主角。 活動二：理解二氧化硅的性質(zhì)，了解二氧化硅、碳化硅的用途 1．研究二氧化硅的晶體結構，理解其化學式。 觀察下列二氧化硅晶體的有關結構，回答有關問題： 二氧化硅中的[SiO4]四面體結構 二氧化硅和金剛石的結構 ⑴1個硅原子與幾個氧原子直接相連？ ⑵1個氧原子與幾個硅原子直接相連？ ⑶從組成物質(zhì)的粒子看，如何描述二氧化硅晶體和干冰晶體的組成？ 2．查閱資料，小組交流討論自然界中含二氧化硅的物質(zhì)有哪些？它們的物理性質(zhì)如何？ 3．右圖是實驗室在特定條件下使用的石英坩堝。你認為石英坩堝有什么特點

3、？ 4．探究二氧化硅的化學性質(zhì)。 根據(jù)下列事實，用化學方程式描述二氧化硅的化學性質(zhì)。 ⑴實驗室中盛裝NaOH等堿性溶液的試劑瓶，常用橡皮塞而不能用玻璃塞？ ⑵玻璃雕刻時，通常先用石蠟把不需要雕刻部分的玻璃覆蓋，然后在無石蠟的地方涂氫氟酸，片刻后玻璃被蝕刻，同時有水和一種由兩種元素組成的氣體生成。 ⑶將SiO2與CO2對比，歸納二氧化硅的主要化學性質(zhì)。 5．半導體工業(yè)中有一句話：“從沙灘到用戶”。只有高純硅（雜質(zhì)少于百萬分之一）才具有良好的半導體性能，被廣泛用于半導體材料。 ⑴請寫出工業(yè)上制取高純硅的各步反應方程式： ①在電爐里以C還原SiO2制得粗硅； ②

4、將氯氣與粗硅中的硅反應制得硅的氯化物SiCl4； ③用氫氣還原SiCl4制得高純硅。 ⑵你是如何理解“從沙灘到用戶”這句話的？ ⑶實驗室要制取7g晶體硅，至少需要標準狀況下多少體積的氫氣？ 6．分析與金剛石的聯(lián)系，猜想SiC晶體中兩種原子的排列方式，舉例說明SiC的性質(zhì)、用途。 活動三：探究硅酸的制取方法 1．舉例說明含氧酸的常見制取方法。 2．已知硅酸（以H2SiO3表示）是一種弱酸，請設計方案制取硅酸，要求反應完全時，即停止加入試劑。 實驗用品：飽和Na2SiO3溶液、6mol/L鹽酸溶液、酚酞溶液、試管、膠頭滴管等。 實驗操作 實驗現(xiàn)象 離子

5、方程式 3．硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到硅膠，硅膠可用做干燥劑，為什么？ 【課堂反饋】 1．下列物質(zhì)的晶體，不存在分子的是 A．二氧化硅 B．二氧化碳 C．二氧化硫 D．二硫化碳 2．可以直接用作半導體材料（如大規(guī)模集成電路）的是 A．二氧化硅 B．粗硅 C．高純硅 D．硅酸鹽 3．下列物質(zhì)不與水反應的是 A．SiO2 B．CO2 C．CaO D．Fe2O3 4．玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上進行蝕刻，將其制成毛玻璃或雕花玻璃的物質(zhì)是

6、 A．燒堿 B．純堿 C．氫氟酸 D．鹽酸 5．將固態(tài)的NaOH加熱至熔融狀態(tài)，可選用的器皿是 A．鐵坩堝 B．石英坩堝 C．鋁坩堝 D．蒸發(fā)皿 6．用一種試劑證明生石灰中含有石灰石和石英，下列試劑適宜的是 A．NaOH溶液 B．鹽酸 C．氫氟酸 D．氯化鈉溶液 7．下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學反應完成的是 A．SiO2→Na2SiO3 B．SiO2→H2SiO3 C．SiO2→CaSiO3 D．Na2SiO3→SiO2 8．能證明硅酸的酸性弱

7、于碳酸酸性的實驗事實是 A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 B．CO2通入可溶性硅酸鹽溶液中析出硅酸沉淀 C．高溫下SiO2與碳酸鹽反應生成CO2 D．氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀 9．有科學家提出硅是“21世紀的能源”“未來的石油”的觀點。假如硅作為一種普遍使用的新能源被開發(fā)利用，關于其有利因素的下列敘述中，你認為是錯誤的是 A．硅便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料 B．自然界中存在大量的硅單質(zhì) C．硅燃燒放出的熱量多，且燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染程度低，容易有效控制 D．硅作為能源，可以“再生” 10．用地殼中某主要元

8、素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高科技中占有重要位置，足見化學對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如： ⑴計算機芯片的主要成分是 ； ⑵光導纖維的主要成分是 ； ⑶目前應用最多的太陽能電池的光電轉化材料是 ； ⑷用作吸附劑、干燥劑、催化劑或催化劑載體的人造分子篩大多是一類稱為 的化合物。 11．物質(zhì)A是一種高熔點化合物，不溶于強酸中，但能與純堿在熔融時反應生成化合物B，同時放出氣體C；把氣體C通入B的溶液中，得到化合物D；將D加熱又重新得到化合物A。 ⑴A、B、C、D的化學式是： A

9、 ，B ，C ，D ． ⑵寫出足量C通入B溶液中的離子方程式： 。 課題1 硅及其化合物 【活動結果】 活動一：認識硅的性質(zhì)，了解硅的應用 +6 2 4 +14 2 8 4 1．原子結構示意圖：C： Si： 碳原子和硅原子最外層電子數(shù)都是4，硅原子比碳原子多一層電子。它們原子都不容易得電子或失電子，主要都是形成正四價的化合物。 碳在自然界既以單質(zhì)也以化合物

10、形式存在。由于硅的親氧性，硅在自然界主要以氧化物及硅酸鹽的等化合物形式存在。碳是有機物中的主要元素；而硅是構成巖石和一些礦物的基本元素。 2．熔點高、硬度大。常溫下，化學性質(zhì)不活潑,與氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等都很難反應。 3．硅在元素周期表中處于金屬與非金屬的過渡位置，晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料。 4．硅的應用：計算機的芯片、電子存儲器、光電池等。含硅4%的硅鋼導磁性好，用做變壓器的鐵芯、硅橡膠耐高溫和低溫，彈性好，廣泛用于尖端科技領域等。 硅元素在自然界中存在廣泛，硅的化合物占地殼總質(zhì)量的90%以上；硅產(chǎn)品性能好，應用范圍廣，所以可以稱硅為無機非金屬材料的

11、主角。 活動二：理解二氧化硅的性質(zhì)，了解二氧化硅的用途 1．⑴4 ⑵2 ⑶二氧化硅的晶體是由硅原子和氧原子構成，硅原子和氧原子的比例為1:2，但晶體中并不存在二氧化硅分子；干冰晶體是由二氧化碳分子構成，二氧化碳分子中碳原子和氧原子比例為1:2 2．自然界中含有二氧化硅的物質(zhì)有石英、水晶（無色透明的石英）、瑪瑙等。它們都具有較高的熔沸點、硬度。 3．耐高溫、耐腐蝕。 4．⑴2NaOH＋SiO2＝2Na2SiO3＋H2O ⑵SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O ⑶二氧化硅和二氧化碳相似，都屬于酸性氧化物，一定條件下能和堿或堿性氧化物反應。但二氧化硅也有其特性

12、，如：能和氫氟酸反應，但因不溶于水，不能和水反應生成對應的酸。 5．⑴①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4 ＋2H2Si＋4HCl ⑵從沙子中得到二氧化硅，在用二氧化硅制高純硅，高純硅是良好的半導體材料 ⑶ 2H2 ～ Si 2×22.4L 28g V(H2) 7 g V(H2)== 11.2L 答:至少需要標準狀況下的氫氣11.2L. 6．SiC的結構可以理解為金剛石的結構相鄰兩個碳原子中有一個換成硅原子，即硅碳原子交替排列連接。由于SiC具有金剛石的結構，硬度大，所以用做砂輪等磨料

13、。 活動三：探究硅酸的制取方法： 1．含氧酸的常見制取方法有： ⑴由對應的酸性氧化和水反應制取，如：SO3＋H2O＝H2SO4等。 ⑵通過復分解反應（強酸制弱酸）制取，如：Na2CO3＋2HCl＝2 NaCl＋H2O＋CO2↑ 2．在3～5mLNa2SiO3溶液中加入1～2滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐漸加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至混合物紅色剛好接近無色，靜置。 紅色接近無色時，有透明的硅酸凝膠產(chǎn)生。 SiO32—＋2H+＝H2SiO3↓ 3．硅膠多孔，吸水力強 【課堂反饋】 １.A 2.C 3.AD 4.C 5.A 6.B 7.BD 8.B 9.B 10.⑴硅（或Si或單晶硅） ⑵二氧化硅（SiO2） ⑶硅（或Si） ⑷鋁硅酸鹽（或硅鋁酸鹽） 11. SiO2、Na2SiO3、CO2、H2SiO3 2CO2＋SiO32—＋2H2O＝H2SiO3＋2HCO3—