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1、高二化学赵 碳族元素 NO.30 41 硅及其重要的化合物（一） 教学目标知识技能：在学习碳族元素知识的基础上，进一步认识硅的晶体结构、性质 和用途。能力培养：通过联系碳的已学知识来学习硅的新知识，有助于培养学生对新 旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力；通过金刚石的结构，培 养学生的空间想像能力。科学思想：通过定量和定性分析，认训晶体类型与晶体主要物理性质的关系。 进一步渗透结构决定性质的观点。科学品质：在学生从书本和课堂汲取知识的同时，介绍我国古仿科学家的重 大发明和当代国内外的新技术、新成果。在大量的直观感性材 料的陪衬下，使化学学习不再使人感到枯燥乏味而是生动有趣； 为学生构架一座从书本知
2、识到现代科技知识和生活实际的桥梁。 有助于学生开阔眼界，提高科技文化素养。理解更多的现代相 关科学理论与技术。科学方法：通过对硅晶体样品、金刚石球棍模型、硅晶体常温超真空扫描隧 道显微镜图像的观察，进行“观察方法”这一自然科学方法的 指导。 重点难点理解掌握晶体微粒种类及其相互间作用力与晶体类型关系；晶体类型与晶 体主要物理性质的关系；掌握理论知识指导学习硅元素性质知识的方法； 培养空间想像能力，会把平面图想像成空间结构，又能把空产结构表示 在平面图上。 教学过程 教学意图 教 师 活 动 学 生 活 动 引言 展示 讲述 展示 中国誉称“瓷国”。陶瓷是我中华民族 一项最伟大的创造，具有悠久而
3、辉煌的 历史。原始陶器大约是1万年前出现在 中国。“陶”作为历史上第一种人造材 料成为人类摆脱蒙昧的时代标志，秦兵 马俑的制造展示了当时制陶规模和高超 的动手术与艺术水平。 秦兵马俑图片或录像。 瓷器在东汉晚期发明，到宁朝形成了举 世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、 “钧”、“定”、“官”几大名窑，其 制品工艺之精湛达到“青如天”、“薄 如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主 要含硅元素。 观看兵马俑图片或古瓷器图 片、录像等。高二化学赵 碳族元素 NO.30 42 古陶器的图片或录像。 设问 展示 讲解 你能否举出在现代社会中含硅元素的无 机非金属材料吗？ 体现现代文明的无机非金属材料的图片， 如
4、：加上“硅窗”的保鲜袋，超导材料， 电子陶瓷，集成电路等。 能源、材料、信息，是文明的三大支柱。 而能源问题的解决和信息社会飞速发展 的前提是能源材料、信息材料的突破。 硅在现代电子，航空航天，敏感材料， 超导材料中起着十分重要的作用。我国 正努力夺回世界材料科学的领先地位， 再创中国材料科学的辉煌。 回答：含硅元素的无机非金 属材料有用于制造电脑的半 导体材料如晶体管、集成电 路，用于信息传递的光导纤 维。玻璃、水泥以及超导材 料等到。 联想我国古代历史发明的辉 煌的同时，了解当代国内外 新技术，新成果，以及我们 与世界先进水平的差距。 设问 讲述 谁知道硅在地壳中的含量？谁又知道硅 在宇宙
5、范围内的存量？ 硅在地壳中的含量为27.72%，仅次于氧 居第二位。在宇宙范围内，硅的存量次 于氢、氦、碳、氖、氧、氮，占第七位。 回答：硅是自然界中分布很 广的一种元素，它的含量仅 次于氧居第二位。在宇宙范 围内的存量不清楚。 指导阅读 板书 讲述 展示 设问 阅读课本第3页，第一、二自然段。 一、硅在自然界中的存在形式 人类虽然在一万年前制出了陶器，五千 年前古埃及人发明了玻璃。而人类真正 认识硅元素是在1823年由瑞典化学家 贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获 得单质硅的。 硅晶体样品或彩图。 请同学描述一下单质硅的色态？ 阅读后归纳课本内容并回答： 在自然界中无单质形式存在 的硅，只有
6、化合态硅。硅是 构成矿物和岩石的主要元素。 回答：硅是灰黑色有金属光 泽的固体。 板书 硅的物理性质 讲述 展示 投影 提问 在当今时代人们已能通过仪器观察一些 物质的原子排列状况，1990年美国等少 数国家首先在 -296的低温下移动了原子。 1993年中国生物学院真空物理实验室在 常温下以超真空扫描隧道显微镜为手段， 通过用探针拔出硅晶体表面硅原子形成 约2nm的汉字中国图片。 （见附1） 硅晶体结构平面图。 1画出平面图中硅晶体的最小结构单高二化学赵 碳族元素 NO.30 43 展示 投影提问 元。 2画出最小结构单元的立体结构示意 图。 金刚石晶体球棍模型 在金刚石和硅晶体结构中，由碳
7、原子或 硅原子直接相连形成的最小环上有 _个碳原子或有_个硅原子。相 邻的SiSi键角_，相邻的 CC键角_。 回答：最小的碳原子环上有 6个碳原子。同样最小的硅 原子环上有6个硅原子。键 角均为10918 键长 键能 晶体硅 2.3510 10 m 222KJ/mol 投影 金刚石 1.5510 10 m 345KJ/mol 提问 通过以上对硅晶体与金刚石晶体结构的 对比，请你分析一下结构对它们主要物 理性质的影响？ 回答：硅晶体与金刚石同属 原子晶体，均为四面体结构， 并向空间无限伸展成空间网 状结构。它们的物理性质特 点为硬度大，熔、沸点高。 但金刚石的键长短，键能大， 所以其硬度，熔、
8、沸点高于 晶体硅。 设问 总结 晶体硅、金刚石、二氧化硅、碳化硅同 属原子晶体，请同学们讨论一下这四种 晶体的熔、沸点高低顺序？ 晶体硅的物理性质： 1硅的熔、沸点高，硬度大。 2由于硅原子半径大外层电子受核引 力较小，因而是具有一定导电能力的半 导体。与处于两性线附近的锗一样，是 重要的半导体材料。 讨论思路： 1构成原子晶体的微粒为原 子； 2晶体内结合力取决于原子 间形成的共价键的键长和键 能； 3周期表中 各原子位置。 得出结论： 原子半径： SiCO 键长：CCSiOSi CSiSi 熔沸点： 金刚石二氧化硅碳化硅晶 体硅 C N O Si高二化学赵 碳族元素 NO.30 44 讲述
9、 投影 归纳总结 我们知道，碳在常温下化学性质很稳定， 在高温下能跟氧气等物质反应。下面请 同学们根据所学碳以及元素周期律知识， 讨论归纳出一些硅的化学性质？ 碳、硅化学性质对比表（见附2） 碳、硅为A元素，最外层4个电子， 容易形成共价化合物。在化学性质上的 相似点：常温时性质稳定，加热时可与 O 2 、Cl 2 、H 2 等许多非金属反应。碳和硅 都具有还原性。硅可用做炼钢时的脱氧 剂。不同点：SiH 4 不如CH 4 稳定。硅可 与氯气直接反应，碳不能与氯气直接反 应，硅，的非金属性比碳弱。另外硅在 常温下可与氢氟酸、强碱反应，碳则不 能。 学生可能的回答： 1硅、碳同属A元素，最 外电
10、子层有4个电子。所以 硅的化学性质与碳相似。容 易形成共价化合物。 2也可发生的反应。 Si+O 2 SiO 2 高温 将碳、硅化学性质对比表记 录于笔记中。 板书 指导阅读 讲述 提问 四、硅的制法 课本第四页 用适量碳还原二氧化硅得到粗硅。将粗 硅与氯气在高温下反应，得液态不纯的 四氯化硅，经分馏提纯用氢气还原即可 得纯硅。 写出以上各步制纯硅的化学反应方程式？ 根据所讲的知识写出化学反 应方程式： 2C+SiO 2 Si+2CO 高温 Si+2Cl 2 SiCl 4 高温 SiCl 4 +2H 2 Si+4HCl 高温 板书 投影 讲述 小结 五、硅的用途 硅的应用树状图（或用电脑制作的课件 来代替）。（见附 3） 在科学家们的努力下，新思维、新方法 层出不穷。人们正朝着按人的意志安排 一个个原子的目标冲刺，多少奇迹展现 眼前。到寻时新材料的研制和生产就像 一千零一夜里的阿拉丁神灯一样， 几乎无所不能，样样遂人心意地安排。 指导学生归纳本节内容。 观察与思考。 回忆本节课所学内容，师生 共同总结。
