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人教版高中化學必修第二冊
第五章 第三節 第二課時
硅 及 其 化 合 物
學習目標
1.通過與同主族元素碳及其化合物性質的類比，能預測硅、二氧化硅和硅酸的性質，并用方程式表示其主要的化學性質。
2.通過閱讀分析信息和元素周期律，能說明制備高純硅和硅酸的路徑。
個人預學
1.硅元素在元素周期表中的位置
2.高純硅的制備流程
3.二氧化硅的用途
活動：類比推理硅及其化合物的性質
同伴助學
C的性質
自然界中的碳元素既有游離態(石墨、金剛石，碳60等），又有化合態；碳的最外層都是 4 個電子，位于元素周期表的第 IVA族，不容易失也不容易得電子，通常化學性質穩定，但在一定條件下也能與許多物質發生化學反應。
C + O2 CO2
點燃
2C + O2 2CO
點燃
2CO＋O2 2CO2
點燃
活動：類比推理硅及其化合物的性質
教師導學
C
CO2
H2CO3
Na2CO3
【類比思考】根據硅的原子結構示意圖以及在元素周期的位置，找出硅及其化合物并推測對應的性質。
活動：類比推理硅及其化合物的性質
同伴助學
C
CO2
H2CO3
Na2CO3
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
【類比思考】根據硅的原子結構示意圖以及在元素周期的位置，找出硅及其化合物并推測對應的性質。
硅及其化合物是如何轉化的？
硅在自然界以什么形式存在？
硅單質具有哪些性質？
水晶（ SiO2 ）
瑪瑙（ SiO2 ）
硅酸鹽礦石
教師導學 硅單質的性質
隨著科學技術的發展，無機非金屬材料突破了傳統的硅酸鹽體系，一系列新型無機非金屬材料相繼問世。
高純度的含硅元素的材料：單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學和電學性能。
含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫療等領域廣泛應用。
思考：根據以下圖片總結歸納出硅元素在自然界中的存在形式？
硅在自然界主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數礦物質）和氧化物（如水晶、瑪瑙）的形式存在。
自然界中不存在游離態的硅。
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 硅單質的性質
(1) 硅元素的存在與結構
存在 原子結構 示意圖 周期表中位置
含量 存在形態 地殼中 居第___位 _________ __________ _______
_______
二
氧化物
和硅酸鹽
第三周期
第ⅣA族
硅正好處于金屬與非金屬的過渡位置，其單質的導電性介于導體與絕緣體之間，是良好的半導體材料。
(2) 硅的導電性：
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 硅單質的性質
（3）高純硅的制備
資料卡片
工業上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經氫氣還原得到高純硅。
（1）SiO2+2C == 2CO ↑+ Si (粗硅)
高溫
（2）Si+3HCl == SiHCl3+H2
高溫
（3）SiHCl3+H2 == 3HCl+Si（高純硅）
高溫
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 硅單質的性質
（4）硅的化學性質
在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應，加熱時能與氧氣、氯氣、焦炭反應。
①穩定性：常溫下三反應
Si+2F2 = SiF4
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
Si+4HF == SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應)
②還原性：加熱(高溫)三反應
Si+2Cl2 == SiCl4
Si+O2 == SiO2
高溫
Si+C == SiC(金剛砂)
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
★
教師導學 硅單質的性質
（5）高純硅的應用
①芯片
②太陽能電池
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 二氧化硅的性質
二氧化硅是沙子、水晶、石英、瑪瑙的主要成分。
沙子（SiO2）
水晶、石英（ SiO2 ）
瑪瑙（ SiO2 ）
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 二氧化硅的性質
（1）二氧化硅的物理性質
1. SiO2屬于哪類氧化物？
思考與討論
2. 酸性氧化物的通性是什么？
3. 能否根據CO2的性質來類推SiO2的化學性質？
熔沸點高、硬度大、不溶于水
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 二氧化硅的性質
（2）二氧化硅的化學性質
①酸性氧化物
與碳酸鹽反應
SiO2+2NaOH = Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2O ==== Na2SiO3
高溫
與強堿溶液反應：
與堿性氧化物反應：
SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 +CO2 ↑
高溫
SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 +CO2 ↑
高溫
工業生產玻璃原理
觀察盛放氫氧化鈉的試劑瓶有何不同
裝堿性溶液的試劑瓶用橡膠塞
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 二氧化硅的性質
（2）二氧化硅的化學性質
SiO2 + 4HF == SiF4↑+2H2O
③與HF反應
——唯一能與SiO2反應的酸
用途：刻蝕玻璃
②弱氧化性
SiO2 + 2C ===== Si + 2CO↑
高溫
用途：制粗硅
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 二氧化硅的性質
（3）二氧化硅的用途
二氧化硅可用來生產光導纖維。
光導纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸的信號不易衰減，能有效提高通信效率。
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
教師導學 硅酸的性質
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
×
已知CO2可以溶于水并生成H2CO3 ，
但SiO2常溫下為固體，不溶于水，硬度大，熔、沸點高，不能與水反應生成硅酸。
如何制備硅酸？
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
Na2SiO3 + CO2+H2O= H2SiO3↓+ Na2CO3
結論：硅酸是弱酸，酸性比碳酸弱
向硅酸鹽溶液中加入鹽酸或通入CO2
教師導學 硅酸的性質
物理性質：白色粉末狀固體，不溶于水。
不穩定性：硅酸的熱穩定性很差，受熱可分解為SiO2和H2O。
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
H2SiO3 H2O + SiO2

硅膠：硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。
教師導學 硅酸鈉的性質
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
硅酸鈉俗稱“泡花堿”
硅酸鈉水溶液顯堿性，俗稱“水玻璃”，無色粘稠的液體，常用作黏合劑(礦物膠)，是一種耐火阻燃材料。
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
SiO2+2NaOH == Na2SiO3 + H2O
H2SiO3+2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O
★
制備方法
同伴助學 二氧化硅與二氧化碳的性質比較
性 質 二氧化碳(CO2) 二氧化硅(SiO2)
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+Na2O == Na2SiO3
——
——
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
酸性氧化物
與堿反應
與水反應
與氫氟
酸反應
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
CaCO3 +SiO2 === CaSiO3 + CO2↑
高溫
高溫
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
CaCO3 +CO2+H2O=== Ca(HCO3)2
與鹽反應
訓練驗學
B
下列有關硅的化合物說法正確的是 (　　)
A．SiO2與CO2相似，由一個硅原子和兩個氧原子構成一個SiO2分子
B．硅酸鹽一般不溶于水，它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分
C．H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如鹽酸)反應制得
D．SiO2是酸性氧化物，能和堿反應，不能和酸反應
訓練驗學
(2022·廣東珠海期中)下列說法正確的是(　　)
A．硅酸不溶于水，因此不與NaOH溶液反應
B．據SiO2＋CaCO3 =====CaSiO3＋CO2↑的反應，可推知硅酸酸性比碳酸酸性強
C．硅太陽能電池、石英光導纖維和計算機芯片所用的材料都是Si
D．普通玻璃是以純堿、石灰石和石英為原料經高溫燒結而制成的
D
高溫
課堂總結
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
Si+O2 == SiO2
SiO2+2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
H2SiO3+2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O
課后作業

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