無機(jī)非金屬材料的主角-硅

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅第2課時(shí)硅酸鹽和硅單質(zhì)三維目標(biāo)1．知識與技能(1)初步了解硅酸鹽的重要用途及組成。(2)了解硅的物理性質(zhì)和重要用途。(3)掌握硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)。2．過程與方法(1)通過對水泥工業(yè)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和表達(dá)能力。(2)活動探究，通過硅與碳的比較，培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力、比較能力。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀(1)通過對玻璃、陶瓷工業(yè)現(xiàn)狀及前景的介紹，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。(2)通過對硅及其用途的學(xué)習(xí)使學(xué)生熱愛自然、熱愛化學(xué)。教學(xué)重點(diǎn)硅酸鹽的重要用途及組成，硅的物理性質(zhì)和重要用途，硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)。教學(xué)難點(diǎn)硅酸鹽的重要用途及組成，硅的物理性質(zhì)和重要用途。eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過程))【導(dǎo)入新課】硅元素在地殼中的含量僅次于氧元素，但在自然界中找不到游離態(tài)的硅，硅元素在自然界中主要是以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在，地殼質(zhì)量的92%是硅酸鹽和二氧化硅。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了有關(guān)二氧化硅的知識，這節(jié)課我們一起來學(xué)習(xí)有關(guān)硅酸鹽的知識?！就七M(jìn)新課】硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，在自然界中分布極廣。硅酸鹽是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多數(shù)不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定?！就队啊孔匀唤缰械囊恍┕杷猁}的圖片及其化學(xué)式【分析】硅酸鹽的種類多、結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其組成表示方法一般有兩種：(1)鹽化學(xué)式法，如：硅酸鈉Na2SiO3、硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽。(2)鹽氧化物法：對于復(fù)雜的硅酸鹽，通?？捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹肀硎酒浣M成。金屬氧化物寫在前面，再寫SiO2，最后寫H2O；氧化物之間用“·”隔開。例如：Na2SiO3寫成Na2O·SiO2；Al2(Si2O5)(OH)4寫成Al2O3·2SiO2·2H2O。鹽氧化物書寫原則：①各元素寫成相應(yīng)的氧化物，元素的價(jià)態(tài)保持不變。②順序按先金屬后非金屬，金屬元素中按金屬活動性順序依次排列，中間用“·”間隔。③注意改寫后應(yīng)與原來化學(xué)式中的原子個(gè)數(shù)比相同?！景鍟恳?、硅酸鹽1．硅酸鹽組成的表示方法(1)鹽化學(xué)式法如：硅酸鈉：Na2SiO3、硅酸鈣：CaSiO3，此法用于組成簡單的硅酸鹽。(2)鹽氧化物法如：鋯石：ZrO2·SiO2紅柱石：Al2O3·SiO2鎂橄欖石：2MgO·SiO2鈣鋁石榴子石：3CaO·Al2O3·3SiO2【練習(xí)】把下列式子改寫成氧化物的形式。（1）蛇紋石：H4Mg3Si2O9（2）鈣長石：CaAl2SiO6（3）石棉：CaMg3Si4O12（4）長石：KAlSi3O8（5）普通玻璃：CaNa2Si6O14（6）黏土：Al2(Si2O5)(OH)4【探究實(shí)驗(yàn)1】實(shí)驗(yàn)步驟：①將硅酸鈉加水溶解，并檢驗(yàn)其溶液的酸堿性；②向硅酸鈉溶液中通二氧化碳或滴加稀鹽酸；③再向②中滴加氫氧化鈉溶液?！粳F(xiàn)象】硅酸鈉溶于水，滴加酚酞后溶液呈紅色；向其中通入二氧化碳或滴加稀鹽酸后都產(chǎn)生白色沉淀；再加氫氧化鈉溶液，沉淀溶解。【結(jié)論】(1)硅酸鈉能溶于水，水溶液呈堿性。(2)由于硅酸是一種弱酸，酸性比碳酸還要弱，利用強(qiáng)酸制弱酸的原理，所以向溶液中通二氧化碳或滴加稀鹽酸有白色沉淀——硅酸生成，化學(xué)反應(yīng)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3；Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl。(3)硅酸是一種酸，與堿可以發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，生成可溶于水的硅酸鈉，所以在沉淀中加入氫氧化鈉溶液，沉淀溶解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O?！究偨Y(jié)】硅酸鈉是一種無色晶體，熔點(diǎn)高，易溶于水，是硅酸鹽中少數(shù)幾種溶于水中的鹽，水溶液俗稱“水玻璃”。硅酸鈉的水溶液呈堿性，水溶液在空氣中易變質(zhì)，硅酸鈉溶液中通入二氧化碳有沉淀生成，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理說明H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3。由于鹽酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以鹽酸也可以和水玻璃反應(yīng)生成硅酸沉淀?！景鍟?．硅酸鈉(1)硅酸鈉是一種無色晶體，熔點(diǎn)高。(2)Na2SiO3易溶于水，溶液呈堿性，它的水溶液俗稱“水玻璃”。(3)Na2SiO3溶液易吸收空氣中的CO2，化學(xué)方程式為Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3，因此Na2SiO3溶液要密封保存?！咎骄繉?shí)驗(yàn)2】實(shí)驗(yàn)步驟：取兩條一樣的干燥布條，分別放入蒸餾水和硅酸鈉飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干后，分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。【現(xiàn)象】在硅酸鈉溶液中浸泡并瀝干的布條不燃燒?！窘Y(jié)論】在硅酸鈉溶液中浸泡并瀝干的布條不燃燒，說明用水玻璃浸泡過后的物質(zhì)可以防火?！究偨Y(jié)】硅酸鈉用途很廣，建筑工業(yè)和造紙工業(yè)用它作黏合劑。木材織物用水玻璃浸泡過后既防腐又不易著火?！景鍟浚?）用途：建筑工業(yè)和造紙工業(yè)用它作黏合劑，木材或織物用水玻璃浸泡后既防腐又不易著火?！就队啊總鹘y(tǒng)的三大硅酸鹽產(chǎn)品【過渡】玻璃、水泥、陶瓷是傳統(tǒng)的三大硅酸鹽產(chǎn)品，即傳統(tǒng)材料。中國的瓷器更是馳名世界，英文的“中國”(China)一詞又指“瓷器”，這反映了在西方人眼中中國作為“瓷器故鄉(xiāng)”的形象。那么，這三大硅酸鹽產(chǎn)品是如何生產(chǎn)的呢？生產(chǎn)它們的原料分別是什么呢？請同學(xué)們閱讀教材相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。【總結(jié)】陶瓷的制備是將黏土去除雜質(zhì)后，加水混勻，制成所需形狀的坯件，再經(jīng)過高溫?zé)凭偷玫教沾僧a(chǎn)品。在高溫?zé)茣r(shí)，坯件中的原料發(fā)生了一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化。水泥產(chǎn)品的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3，工業(yè)上是以黏土(主要成分為鋁硅酸鹽)、石灰石為主要原料，在水泥回轉(zhuǎn)窯中高溫煅燒后，再加入適量的石膏，磨成細(xì)粉，就得到普通的硅酸鹽水泥。生產(chǎn)過程中加入石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度。普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，普通玻璃是將石灰石、純堿、石英在玻璃熔爐中高溫熔融制得?！景鍟?．硅酸鹽產(chǎn)品(1)水泥主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。制造原料：黏土(SiO2)、石灰石、石膏(適量)(注意：生產(chǎn)過程中加入石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度)。主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯。生產(chǎn)條件：高溫煅燒。（2）陶瓷產(chǎn)品成分：復(fù)雜，主要是硅酸鹽。制造原料：黏土、石英砂。（3）玻璃成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。制造原料：純堿、石灰石、石英(SiO2)。主要設(shè)備：玻璃熔爐。生產(chǎn)條件：高溫熔融?！痉治觥坎Ａ?、水泥、陶瓷生產(chǎn)的共同點(diǎn)：都在高溫下，發(fā)生了復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。原料物質(zhì)都有含硅元素，產(chǎn)品都含硅酸鹽，且都是混合物。此外，化學(xué)家還制成了其他一些具有特殊功能的含硅的物質(zhì)。例如，硅與碳的化合物碳化硅(俗稱金剛砂)，具有金剛石結(jié)構(gòu)，硬度很大，可作砂紙、砂輪的磨料；人工合成的硅橡膠是目前最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，用于制造火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)的零件和絕緣材料等；人工合成的分子篩，主要作吸附劑和催化劑等?！就队啊拷饎偵?、硅橡膠、分子篩的圖片【過渡】雖然硅的化合物隨處可見，而且遠(yuǎn)古時(shí)期人類就已經(jīng)開始加工和使用陶瓷，但硅的單質(zhì)直到18世紀(jì)上半葉才由化學(xué)家制備出來。下面我們就一起來認(rèn)識一下硅單質(zhì)?！景鍟慷?、硅單質(zhì)1．硅單質(zhì)的物理性質(zhì)【分析】與碳相似，硅單質(zhì)有晶體硅和無定形體兩種，硅晶體中每個(gè)Si原子都是以4個(gè)共價(jià)鍵和另外4個(gè)Si原子相連，形成空間正四面體的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，類似于金剛石的結(jié)構(gòu)。【提問】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，請同學(xué)們根據(jù)硅的結(jié)構(gòu)來推測單質(zhì)硅有什么性質(zhì)？【提示】單質(zhì)硅熔點(diǎn)高、硬度大?！就队啊繂尉Ч鑸D片【總結(jié)】灰黑色、有金屬光澤，硬而脆的固體，熔、沸點(diǎn)高。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(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料?！景鍟?．單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，硅不跟其他物質(zhì)起反應(yīng)，如：O2、Cl2、H2SO4、HNO3等。Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；Si＋2F2=SiF4；Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(2)加熱的條件下，硅能跟一些非金屬反應(yīng)。Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2；Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；Si＋Ceq\o(=,\s\up7(△))SiC?！驹O(shè)問】從20世紀(jì)中葉開始，硅成了信息技術(shù)的關(guān)鍵材料，那單質(zhì)硅能用做什么呢？【投影】單晶硅的用途高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料，可做成太陽能電池，在開發(fā)能源方面是一種很有前途的材料。另外，廣泛應(yīng)用的二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路(包括我們計(jì)算機(jī)內(nèi)的芯片和CPU)都是用硅制作的原材料?！景鍟?．硅的主要用途(1)用于制造硅芯片、集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件。(2)制造太陽能電池。(3)制造合金，如含硅4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋼導(dǎo)磁性好制造變壓器的鐵芯；含硅15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋼有良好的耐酸性等。課堂小結(jié)這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途和硅酸鹽的知識，通過學(xué)習(xí)，我們了解到硅及其化合物在社會發(fā)展和人類文明進(jìn)步歷程中充當(dāng)了一個(gè)非常重要的角色，可以說目前全球信息的流通、電子工業(yè)的發(fā)展都離不開硅；我們也相信隨著科技的發(fā)展，它們還會為人類文明的進(jìn)步發(fā)揮更多的作用，創(chuàng)造更多的奇跡。希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，掌握更多的科學(xué)知識，開發(fā)、研究硅這古老而又年輕的元素在更多方面的應(yīng)用。eq\o(\s\up7(),\s\do5(板書設(shè)計(jì)))一、硅酸鹽1．硅酸鹽組成的表示方法(1)鹽化學(xué)式法如：硅酸鈉：Na2SiO3、硅酸鈣：CaSiO3，此法用于組成簡單的硅酸鹽。(2)鹽氧化物法如：鋯石：ZrO2·SiO2紅柱石：Al2O3·SiO2鎂橄欖石：2MgO·SiO2鈣鋁石榴子石：3CaO·Al2O3·3SiO22．硅酸鈉(1)硅酸鈉是一種無色晶體，熔點(diǎn)高。(2)Na2SiO3易溶于水，溶液呈堿性，它的水溶液俗稱“水玻璃”。(3)Na2SiO3溶液易吸收空氣中的CO2，化學(xué)方程式為Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3，因此Na2SiO3溶液要密封保存。(4)用途：建筑工業(yè)和造紙工業(yè)用它作黏合劑，木材或織物用水玻璃浸泡后既防腐又不易著火。3．硅酸鹽產(chǎn)品(1)水泥(2)陶瓷(3)玻璃二、硅單質(zhì)1．硅單質(zhì)的物理性質(zhì)單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤，硬而脆的固體，熔、沸點(diǎn)高，是良好的半導(dǎo)體。2．單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，硅不跟其他物質(zhì)起反應(yīng)，如：O2、Cl2、H2SO4、HNO3等。(2)加熱的條件下，硅能跟一些非金屬反應(yīng)。3．硅的主要用途(1)用于制造硅芯片、集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件。(2)制造太陽能電池。(3)制造合金。當(dāng)堂檢測1.根據(jù)水泥和玻璃的生產(chǎn)，總結(jié)出硅酸鹽工業(yè)的一般特點(diǎn)是()①生成物是硅酸鹽②反應(yīng)條件是高溫③含有硅的物質(zhì)作原料④反應(yīng)原理是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化A．①③B．①②③C．①③④D．①②③④2．將足量的CO2通入下列溶液中，能產(chǎn)生沉淀的是()A．硅酸鈉溶液B．石灰水C．氯化鋇溶液D．氯化鈣溶液3.在地殼內(nèi)，深度每增加1千米，壓力