無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅_教案

1、第四章第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅課題：第四章 第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅(一)授課班級(jí)課 時(shí)1課時(shí)教學(xué)目的知識(shí)與技能1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途2、了解二氧化硅的物理性質(zhì)，掌握二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)3、認(rèn)識(shí)物之間既有相似性，又有各自的特性過(guò)程與方法1、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力。2、活動(dòng)探究，通過(guò)硅與碳、二氧化硅與二氧化碳的比較，培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力、比較能力。情感態(tài)度價(jià)值觀通過(guò)了解材料發(fā)展的歷史與前景，使學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)在材料科學(xué)中的重要地位，體會(huì)化學(xué)的創(chuàng)造性和實(shí)用性，激發(fā)對(duì)化學(xué)科學(xué)的興趣。重 點(diǎn)二氧化硅的性質(zhì)(尤其是作為酸性氧化物的性質(zhì))和硅酸的性質(zhì)難 點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的歸納、總

2、結(jié)和探究的能力知識(shí)結(jié)構(gòu)與板書(shū)設(shè)計(jì)第四章 第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅(一)一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )<silicon dioxide>(1) 存在(2) 用途(3) 物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大的固體、不溶于水，純凈的SiO2 晶體無(wú)色透明(4) 結(jié)構(gòu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(5) 化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定，不活潑 具有酸性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng))與強(qiáng)堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3 與HF的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 2、硅酸(H2SiO3)硅酸是一種弱酸，它不溶于水，不能使指示劑

3、變色，是一種白色粉末狀的固體。Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 H2SiO3 H2O +SiO2 教學(xué)過(guò)程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng)引入我們生成的地球，它堅(jiān)硬的地殼是由什么構(gòu)成的？巖石，構(gòu)成巖石的主要成分是硅酸鹽及硅的氧化物。問(wèn)一提到硅，同學(xué)們又能想到什么呢？硅谷：美國(guó)新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的重要基地,位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端.別看它看起來(lái)灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。例：半導(dǎo)體：?jiǎn)尉Ч枋前雽?dǎo)體器材

4、的核心材料,硅半導(dǎo)體是集成電路的主要材料,估計(jì)在21世紀(jì),硅仍然會(huì)占半導(dǎo)體材料的95%以上.沙子、石英、水晶：主要成分是硅的氧化物光導(dǎo)纖維:從石英玻璃熔融體中,拉出直徑為100微米的細(xì)絲.再把千百根光導(dǎo)纖維組合并增強(qiáng)處理,就制成成光纜,其優(yōu)點(diǎn):質(zhì)輕,體積小,輸送距離長(zhǎng),保密性好,成本低.導(dǎo)入從古至今，在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直都在扮演著主要的角色。今天，就讓我們一同來(lái)研究一下硅的氧化物-二氧化硅及硅酸和硅酸鹽的性質(zhì) 。板書(shū)第四章 第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅(一)講硅在地殼中含量豐富，僅次于氧，排在第二位，約占26.3%。投影元素周期表講位于周期表中的第四長(zhǎng)列上的是碳族，這一族可謂是豪門(mén)望

5、族。其中具有代表性的是其中的兩位兄長(zhǎng)。碳，形成了無(wú)數(shù)種構(gòu)成人類(lèi)和其它地球生物等的有機(jī)物，“統(tǒng)治了有機(jī)界”。其構(gòu)成的煤、石油等有機(jī)化產(chǎn)品和材料是現(xiàn)代化的基石。而它的弟弟-硅，地殼質(zhì)量的約90%，構(gòu)成了地殼大部分巖石、沙子和土壤， “統(tǒng)治了地殼”，而當(dāng)今硅酸鹽工業(yè)的陶瓷、玻璃、水泥等使人類(lèi)生活日新月異。思考與交流畫(huà)出C、Si的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并由此分析：硅的化學(xué)性質(zhì)活不活潑，為什么？硅的化合價(jià)主要是多少？講Si原子最外層有四個(gè)電子,既不易失電子,也不易得電子,所以,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。主要形成四價(jià)的化合物。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點(diǎn)很高的氧

6、化物及硅酸鹽的形式存在。思考常溫下，單質(zhì)碳、硅的化學(xué)性質(zhì)都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質(zhì)（金剛石）存在，而硅卻沒(méi)有，說(shuō)明了什么？單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)雖然穩(wěn)定，但硅是一種親氧元素，硅原子和氧原子的結(jié)合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸鹽中的硅氧化學(xué)鍵非常牢固，硅氧鍵一旦形成就很難被破壞，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸鹽的形式存在，主要存在與地殼的各種礦物和巖石里，沒(méi)有游離態(tài)的硅。過(guò)下面我們首先來(lái)研究一下二氧化硅的性質(zhì)和用途。板書(shū)一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )<silicon dioxide>(1) 存在講SiO2 是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅約占地殼

7、質(zhì)量的12，其存在形態(tài)有結(jié)晶形和無(wú)定形兩大類(lèi)，通稱(chēng)硅石。投影并展示水晶、瑪瑙、石英坩堝、一段光纜講水晶是自然界中六方柱狀的透明晶體，瑪瑙的成分也是SiO2，它們除了一些常見(jiàn)的可作飾物等用途外，SiO2 在工業(yè)上用途也非學(xué)廣泛，例如，以石英為材料而制成的纖維在電信行業(yè)的應(yīng)用等。板書(shū)(2) 用途硅石結(jié)晶形：瑪瑙、石英、水晶無(wú)定形：硅藻土投影小結(jié)、制光導(dǎo)纖維、石英玻璃制化學(xué)儀器、石英表、石英鐘、水晶制光學(xué)儀器和工藝品、瑪瑙制精密軸承和裝飾品講結(jié)合已有的關(guān)于水晶、沙子主要成分也是SiO2 的知識(shí)，思考一下，SiO2的物理性質(zhì)有哪些，注意與CO2進(jìn)行比較研究SiO4四面體結(jié)構(gòu)板書(shū)(3) 物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高

8、，硬度大的固體、不溶于水，純凈的SiO2 晶體無(wú)色透明思考為什么SiO2與CO2的性質(zhì)上有著這么大的差別呢？講主要取決于結(jié)構(gòu)的不同。CO2是C與O通過(guò)化學(xué)鍵所連接的分子結(jié)構(gòu)，而SiO2 是SiO四面體結(jié)構(gòu)投影硅氧四面體結(jié)構(gòu)講SiO4四面體：每1個(gè)Si原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)O原子，Si在中心,O在四個(gè)頂角. 同時(shí)每1個(gè)O原子周?chē)Y(jié)合2個(gè)Si原子相結(jié)合。二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2：1,通常用SiO2 來(lái)表示二氧化硅的組成. 板書(shū)(4) 結(jié)構(gòu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)講我們說(shuō)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，SiO2 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅決定了其物理性質(zhì)的特殊性，還決定了其化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性。板書(shū)(5) 化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定，不活潑 具有酸

9、性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng))與強(qiáng)堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3 講SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，還具有特性。比如酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，而SiO2卻能與HF反應(yīng)，這也是工業(yè)上雕刻玻璃的反應(yīng)原理板書(shū) 與HF的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 講除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、純硅時(shí)，還有一些特殊反應(yīng)投影小結(jié) 弱氧化性：SiO2+2CSi +2CO (工業(yè)上制粗硅) 與某些鹽反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 (工業(yè)上制玻璃的主要反

10、應(yīng))思考與交流1、實(shí)驗(yàn)室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。2、實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？NaOH溶液能與玻璃中的SiO2 反應(yīng)生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。過(guò)剛才我們提到SiO2不能溶于H2O得到相應(yīng)的酸，但它對(duì)應(yīng)的酸叫硅酸，那么硅酸是一種怎樣制得的酸呢？板書(shū)2、硅酸(H2SiO3)講H2SiO3是一種比H2CO3還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑褪色，是一種白色粉末狀的固體。板書(shū)硅酸是一種弱酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白

11、色粉末狀的固體。 問(wèn)SiO2 不溶于水且不和水反應(yīng)，那么要如何制備硅酸呢？結(jié)合初中制備CO2的方法來(lái)設(shè)想一下？講初中制備CO2是利用碳酸鹽與強(qiáng)酸反應(yīng)，是強(qiáng)酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一種很弱的酸，我們是否也可以用硅酸鹽來(lái)制備呢？投影實(shí)驗(yàn)P76 實(shí)驗(yàn)4-1實(shí)驗(yàn)4-1：向飽和Na2SiO3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸現(xiàn)象滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸紅色消失，并有透明膠狀物質(zhì)生成結(jié)論Na2SiO3 溶液呈堿性，與酸反應(yīng)生成了H2SiO3 且H2SiO3 難溶于水化學(xué)方程式Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl 問(wèn)若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 會(huì)有什么現(xiàn)象呢？板書(shū)Na

12、2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 講所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體硅酸溶膠，硅酸濃度較大時(shí)，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱(chēng)為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強(qiáng)，常用做實(shí)驗(yàn)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。講如果對(duì)硅酸加熱，其可以分解生成SiO2 板書(shū)H2SiO3 H2O +SiO2 活動(dòng)與探究硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，請(qǐng)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器及藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，證明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。分析利用CO2 溶于水產(chǎn)生H2CO3 ，而H2

13、CO3的酸性比H2SiO3 的酸性強(qiáng)，可以將CO2通入到Na2SiO3的溶液中。板書(shū)Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 總結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一種重要的非金屬元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性質(zhì)及用途。知道了晶瑩透明的水晶、五彩斑斕的瑪瑙與普通沙子的化學(xué)成分并沒(méi)有什么兩樣。知道了SiO2在當(dāng)前信息時(shí)代、IT產(chǎn)業(yè)中的重要作用?；瘜W(xué)知識(shí)可以幫助我們認(rèn)識(shí)，了解世界，我們也可以用學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行發(fā)明、創(chuàng)造，造福人類(lèi)。配以多媒體圖片從感性上讓學(xué)生接觸要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。聯(lián)系生活，激發(fā)求知欲。圖片呈現(xiàn)，直觀、深刻，加深認(rèn)識(shí)。抽象思維，初步建立Si

14、O2空間立體結(jié)構(gòu)。通過(guò)視頻呈現(xiàn)，使學(xué)生對(duì)SiO2的結(jié)構(gòu)的理解更深刻。提高學(xué)生信息處理能力，提高學(xué)生科學(xué)精神課題：第四章 第一節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅(二)授課班級(jí)課 時(shí)教學(xué)目的知識(shí)與技能1、了解硅酸鹽、硅的主要性質(zhì)2、認(rèn)識(shí)硅酸鹽、硅等在生產(chǎn)、信息技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程與方法通過(guò)硅與碳的比較學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)比的方法來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)。情感態(tài)度價(jià)值觀通過(guò)對(duì)硅酸鹽材料及硅的用途學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解新型無(wú)機(jī)非金屬材料，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的情感。重 點(diǎn)硅、硅酸鹽的豐富性和多樣性難 點(diǎn)通過(guò)學(xué)習(xí)，掌握研究非金屬元素單質(zhì)及化合物的一般方法知識(shí)結(jié)構(gòu)與板書(shū)設(shè)計(jì)二、硅酸鹽 (silicate)1、定義：硅酸鹽

15、是由硅、氧、金屬所組成的化合物的總稱(chēng)。2、硅酸鈉(1) 物理性質(zhì)：白色固體，易溶于水，水溶液俗稱(chēng)水玻璃或泡花堿，是一種泡花堿(2) 化學(xué)性質(zhì)：相對(duì)穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強(qiáng)3、表示方法：原則：金屬氧化物（較活潑-較不活潑 ）方法： 找組成元素 寫(xiě)成氧化物的形式 原子個(gè)數(shù)比不變 檢查有無(wú)遺漏三、硅( silicon) 單質(zhì)1、存在形態(tài)：有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體2、晶體結(jié)構(gòu)：正四面體形3、物理性質(zhì)：灰黑色具有金屬光澤的固體、熔點(diǎn)高、硬度大、質(zhì)脆、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是好的半導(dǎo)體材料。4、化學(xué)性質(zhì)(1) 常溫下的反應(yīng)：Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2

16、 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2(2) 高溫下的反應(yīng)：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl45、硅的制備(1) 工業(yè)上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 電爐中 粗硅(2) 由粗硅制純硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl 教學(xué)過(guò)程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng)思考SiO2與CO2在物理、化學(xué)性質(zhì)方面有哪些相似性和不同之處投影回顧C(jī)O2 SiO2 物理性質(zhì)無(wú)色無(wú)味氣體，熔沸點(diǎn)都很低，微溶于水，存在于空氣中灰黑色固體，熔沸點(diǎn)都很高，不溶于水，存在于巖石中，俗名硅石、石英、水晶，纖維、玻璃、硅藻土中都大量含有化學(xué)

17、性質(zhì)和堿性氧化物CO2+CaO=CaCO3 SiO2 +CO2 CaSiO3 和堿CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 和酸-SiO2+4HF=SiF4+2H2O 和水CO2+H2O=H2CO3 -回顧上節(jié)課我們提到，用可溶性硅酸鹽Na2SiO3來(lái)制備H2SiO3 。事實(shí)上，在自然界中，硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，大多數(shù)硅酸鹽是不溶于水的。自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦物約占地殼總質(zhì)量的5%。板書(shū)二、硅酸鹽 (silicate)1、定義：硅酸鹽是由硅、氧、金屬所組成的化合物的總稱(chēng)。講硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，性質(zhì)很穩(wěn)定。最簡(jiǎn)單的硅酸鹽是

18、硅酸鈉，下面我們主要研究一下硅酸鈉的性質(zhì)板書(shū)2、硅酸鈉(1) 物理性質(zhì)：白色固體，易溶于水，水溶液俗稱(chēng)水玻璃或泡花堿，是一種泡花堿投影實(shí)驗(yàn)P77 實(shí)驗(yàn)4-2、放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象當(dāng)水分蒸發(fā)后燃燒當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒結(jié)論用水玻璃浸泡過(guò)的木材或織物可防火板書(shū)(2) 化學(xué)性質(zhì)：相對(duì)穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強(qiáng)講硅酸鹽的種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶和計(jì)算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成板書(shū)3、表示方法：原則：金屬氧化物（較活潑-較不活潑 ）方法： 找組成元素 寫(xiě)成氧化物的形式 原子個(gè)數(shù)比不變 檢查有無(wú)遺漏投影例、請(qǐng)用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（Na2S

19、iO3） 鎂橄欖石（Mg2SiO4） 高嶺土 Al2(Si2O5)(OH)4 講硅酸鹽材料具有很多優(yōu)良的性能，為我們的生活、為人類(lèi)的科技進(jìn)步作出了很大的貢獻(xiàn)。受傳統(tǒng)陶瓷某些特殊性能的啟發(fā)，科技工作者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一次又一次的創(chuàng)新，又研制出了許多種組成不同、性能更特殊的新型陶瓷。請(qǐng)大家閱讀教材P77上的科學(xué)視野。投影傳統(tǒng)硅酸鹽材料：(1) 陶瓷：日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具(2) 玻璃：(3) 水泥：以黏土和石灰石為主要原料具有特殊功能的含硅物質(zhì)：(1) 碳化硅（金剛砂）(2) 硅鋼：導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯(3) 硅橡膠(4) 分子篩：具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽(5) 生物陶瓷：人造骨過(guò)雖

20、然硅的化合物很多，隨處可見(jiàn)，而且從遠(yuǎn)古時(shí)期人類(lèi)就已經(jīng)學(xué)會(huì)加工和使用陶瓷，但是硅的單質(zhì)卻到很晚-18世紀(jì)上半葉才制備出來(lái)。硅別看起來(lái)灰溜溜的，它自己及化合物的作用卻大得很，大到高科技領(lǐng)域，小到我們的周?chē)?，到處都有Si及其化合物的蹤影，當(dāng)今電子工業(yè)的飛速發(fā)展，更是人們對(duì)Si的性質(zhì)的認(rèn)識(shí)息息相關(guān)，本節(jié)我們就來(lái)學(xué)習(xí)Si及其化合物的有關(guān)知識(shí)。板書(shū)三、硅( silicon) 單質(zhì)1、存在形態(tài)：有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體投影展示晶體Si和晶體Si的結(jié)構(gòu)模型板書(shū)2、晶體結(jié)構(gòu)：正四面體形講晶體Si的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石的正四面體型，因此物理性質(zhì)與金剛石類(lèi)似。板書(shū)3、物理性質(zhì)：灰黑色具有金屬光澤的固體、熔點(diǎn)高、硬度大、質(zhì)脆、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是好的半