高中化学必修一教案完整版（《硅 无机非金属材》优质课公开课教案）

第4章元素与材料世界

第1节 硅 无机非金属材料

一、【教学目标】

（一）、知识与技能

1、了解硅和二氧化硅在自然界中的物理性质和存在，用途。

2、掌握硅和二氧化硅的化学性质。

（二）、过程与方法

1、自主学习，培养学生自学能力。

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。

（三）、情感、态度与价值观

1、培养学生学习元素化合物的正确方法：结构决定性质、性质决定用途。

2、通过对硅及其用途的学习使学生热爱自然、热爱化学。

3、联系生产生活及新科技，学以致用，培养学生对化学学习的兴趣。

二、【教学重点】 １、硅和二氧化硅的物理、化学性质

２、硅和二氧化硅的特殊性质

三、【教学难点】 硅和二氧化硅的性质、结构

四、 【教学准备】

1．查阅相关资料，常见半导体材料有哪些？硅有哪些主要用途？

2．光导纤维的主要成分是什么？光通信比普通电缆通信有哪些优点？光纤除用于通信外，还可用于哪些领域？

3．查阅有关资料，说明消防员穿的棉布衣服为什么比普通棉布衣服不易着火燃烧？

五、【学法指导】

学习从不同的角度出发对常见材料进行分类的方法，能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质。

六、【教学过程】

第1课时 硅和二氧化硅

一、半导体材料和单质硅

导入新课: 计算机的芯片，传导电话、电视的光缆，化学实验室里的玻璃仪器，你能想像的

出它们都是以硅或硅的化合物为材料制成的吗？

质疑：除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？自然界中的岩石、沙子、土壤是由什么构成？

1. 存在

硅元素在自然界中全部以化合态 存在，硅元素在地壳中的含量居第 二 位，仅次于 氧 。最早使用的半导体材料 锗 ，现在最广泛使用的半导体材料 硅 。

硅在元素周期表中的位置硅元素位于周期表的第3周期第ⅣA族，其原子结构示意图

位于金属和非金属的交界线上。

2、硅的物理性质：
https://www.renjiaoshe.com/jiaocai/1154.html

单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高，是良好的半导体材料。

3、化学性质[来源:Z.xx.k.Com]

（1）常温下化学性质不活泼，比较稳定。

例如，常温下，不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应。

（2） 常温下只与氟气 、氢氟酸、强碱反应。

① Si + 2F2= SiF4

② Si + 4HF = SiF4 ↑+ 2H2↑

③ Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑

（3）加热，Si能与某些非金属单质反应

4、硅的工业制备

由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。

5、硅的用途

①硅芯片；半导体材料

②制集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料。

③含硅4%的钢可制变压器铁芯。

④含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备。

课堂练习：典例1：下列有关硅的叙述中，正确的是（ ）

A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应。

B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位。

C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应。

D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料。

分析：A正确 因为硅的化学性质稳定，常温下除了少数物质外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。B不正确 氧元素在地壳中的含量居第一位。C不正确 硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱等反应。D 正确 硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域。

答案：A、D

典例2：有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是

A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料

B．自然界的含硅化合物易开采

C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制

D．自然界中存在大量单质硅

研析：有些燃料，如氢气具有发热量大，无污染等优点，但从运输、储存角度就不如硅了，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的；另外，硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。但需注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。

答案：D

二、二氧化硅与光导纤维

1、二氧化硅的存在

二氧化硅广泛存在与自然界中，天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。

2、二氧化硅的物理性质

纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。

3、二氧化硅的化学性质

（1）二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性

①二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2+ 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2 O

（2）特性

①SiO2不溶于水，也不与水反应。

②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O2＋4HF ＝ SiF4↑＋2H2O

③二氧化硅中的硅为＋4价，具有弱的氧化性，如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。

4、光导纤维：主要原料是二氧化硅；通讯量大，原料来源广泛，不怕腐蚀，博保密性好

讲述： 光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。光导纤维是用石英玻璃制造的，制作时需要较高的技术，它传导光的能力非常强。

另外，光导纤维在医学上也有很重要的应用。目前在医学领域，普遍使用着一种连接着许多光纤的胃镜，光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。

主要特性：①通讯质量好；②原料来源广；③质量轻、耐腐蚀，铺设方便；

④抗干扰性能好，保密性好，不发生辐射。

5、二氧化硅的用途

（1）石英可用于制作石英表和石英玻璃。

（2）石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。

（3）水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。

（4）玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。

（5）SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。

课堂检测：

作业：课本P113 1、2

板书设计：

第四章 元素与材料世界

第一节 硅 无机非金属材料

一、半导体材料与单质硅

4、光导纤维

5、二氧化硅的用途

【课后反思】

这节课的内容比较简单，主要通过设疑，引导学生阅读自学或研讨自学，在完成本节课教学目标的同时，培养了学生阅读自学的能力。硅及其化合物等内容相对比较浅显，为了激发学生的学习兴趣，教学时要多注意联系生产和生活实际，充分利用实物、模型及教科书选配的彩图，配合教学录像，让学生自己搜集有关实物或照片，在课堂上展示交流等方法，以增强教学的直观性，培养学生热爱科学的美好情感。