江苏省平潮高级中学高中化学集体备课 《第四章 非金属及其化合物》第一节 无机非金属材料的主角——硅教案 苏教版必修1VIP

1 授课班级授课班级 课题 第四章课题 第四章 第一节第一节 无机非金属材料的无机非金属材料的 主角主角 硅硅 一一 课课 时时 知识知识 与与 技能技能 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质 掌握二氧化硅的化学性质 过程过程 与与 方法方法 1 自主学习 培养学生自学的能力 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 教教 学学 目目 的的 情感情感 态度态度 价值观价值观 通过了解材料发展的历史与前景 使学生认识化学在材料科学中的重 要地位 体会化学的创造性和实用性 激发对化学科学的兴趣 重重 点点二氧化硅的性质 尤其是作为酸性氧化物的性质 难难 点点二氧化硅的存在等 STS 关注的拓展性学习内容 知知 识识 结结 构构 与与 板板 书书 设设 计计 第四章第四章 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅 一一 一 二氧化硅和硅酸一 二氧化硅和硅酸 1 1 二氧化硅 二氧化硅 SiO SiO2 2 silicon dioxide 1 1 存在存在 2 2 用途用途 3 3 物理性质 熔点高 硬度大的固体 不溶于水 纯净的物理性质 熔点高 硬度大的固体 不溶于水 纯净的 SiOSiO2 2 晶体无色透明晶体无色透明 4 4 结构 空间网状结构结构 空间网状结构 5 5 化学性质 稳定 不活泼化学性质 稳定 不活泼 具有酸性氧化物的性质 具有酸性氧化物的性质 不溶于水且不和水反应不溶于水且不和水反应 1 1 与强碱反应与强碱反应 SiOSiO2 2 2NaOH Na 2NaOH Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O 与碱性氧化物反应 与碱性氧化物反应 SiOSiO2 2 CaO CaO 高温 CaSiOCaSiO3 3 与与 HFHF 的反应 的反应 SiOSiO2 2 4HF SiF 4HF SiF4 4 2H 2H2 2O O 2 2 2 2 硅酸 硅酸 H H2 2SiOSiO3 3 硅酸是一种弱酸 它不溶于水 不能使指示剂变色 是一种白色粉末状的固硅酸是一种弱酸 它不溶于水 不能使指示剂变色 是一种白色粉末状的固 体 体 NaNa2 2SiOSiO3 3 2HCl 2NaCl H 2HCl 2NaCl H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2SOSO4 4 Na Na2 2SOSO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 CO CO2 2 H H2 2O NaO Na2 2COCO3 3 H H2 2SiOSiO3 3 H H2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O SiO SiO2 2 教学过程教学过程 2 教学步骤 内容教学步骤 内容 教学方法 手段 教学方法 手段 师生活动师生活动 引入 引入 我们生成的地球 它坚硬的地壳是由什么构成的 岩石 构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物 问 问 一提到硅 同学们又能想到什么呢 硅谷 美国新兴的高技术产业开发区 电子技术研究中心 计算机生产 的重要基地 位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端 半导体 单晶硅是半导体器材的核心材料 硅半导体是集成电路的主要 材料 估计在 21 世纪 硅仍然会占半导体材料的 95 以上 沙子 石英 水晶 主要成分是硅的氧化物 光导纤维 从石英玻璃熔融体中 拉出直径为 100 微米的细丝 再把千百 根光导纤维组合并增强处理 就制成成光缆 其优点 质轻 体积小 输送 距离长 保密性好 成本低 导入 导入 从古至今 在无机非金属材料中 硅一直都在扮演着主要的 角色 今天 就让我们一同来研究一下硅的氧化物 二氧化硅及 硅酸和硅酸盐的性质 板书 第四章 板书 第四章 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅 一一 讲 讲 硅在地壳中含量丰富 仅次于氧 排在第二位 约占 26 3 投影 投影 元素周期表 讲 讲 位于周期表中的第四长列上的是碳族 这一族可谓是豪门望族 其中具有代表性的是其中的两位兄长 碳 形成了无数种构成人类和 其它地球生物等的有机物 统治了有机界 其构成的煤 石油等有 机化产品和材料是现代化的基石 而它的弟弟 硅 地壳质量的 约 90 构成了地壳大部分岩石 沙子和土壤 统治了地壳 而当 今硅酸盐工业的陶瓷 玻璃 水泥等使人类生活日新月异 思考与交流 思考与交流 画出 C Si 的原子结构简图 并由此分析 硅的化学 性质活不活泼 为什么 硅的化合价主要是多少 讲 讲 Si 原子最外层有四个电子 既不易失电子 也不易得电子 所以 硅的化学性质不活泼 主要形成四价的化合物 硅是一种亲氧元素 在自然界它总是与氧相互化合 所以在氧化气氛包围的地球上 硅主 要以熔点很高的 配以多媒体图片 从感性上让学生 接触要学习的内 容 激起学生学 习的兴趣 3 氧化物及硅酸盐的形式存在 思考 思考 常温下 单质碳 硅的化学性质都不活泼 为什么碳在自然 界中有稳定的单质 金刚石 存在 而硅却没有 说明了什么 单质硅的化学性质虽然稳定 但硅是一种亲氧元素 硅原子和氧 原子的结合非常牢固 形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常 牢固 硅氧键一旦形成就很难被破坏 所以 自然界中硅都是以二氧 化硅或硅酸盐的形式存在 没有游离态的硅 过 过 下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途 板书 一 二氧化硅和硅酸 板书 一 二氧化硅和硅酸 1 1 二氧化硅 二氧化硅 SiO SiO2 2 silicon dioxide 1 1 存在存在 讲 讲 SiO2 是硅的重要化合物 地球上存在的天然二氧化硅约占地壳 质量的 12 其存在形态有结晶形和无定形两大类 通称硅石 投影 投影 并展示水晶 玛瑙 石英坩埚 一段光缆 讲 讲 水晶是自然界中六方柱状的透明晶体 玛瑙的成分也是 SiO2 它们除了一些常见的可作饰物等用途外 SiO2 在工业上用途也非学广 泛 例如 以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等 板书 板书 2 2 用途用途 硅石硅石 结晶形 玛瑙 石英 水晶结晶形 玛瑙 石英 水晶 无定形 硅藻土无定形 硅藻土 投影小结 投影小结 制光导纤维 石英玻璃制化学仪器 石英表 石英钟 水晶制光学仪器和工艺品 玛瑙制精密轴承和装饰品 讲 讲 结合已有的关于水晶 沙子主要成分也是 SiO2 的知识 思考一 下 SiO2的物理性质有哪些 注意与 CO2进行比较研究 板书 板书 3 3 物理性质 熔点高 硬度大的固体 不溶于水 纯净的物理性质 熔点高 硬度大的固体 不溶于水 纯净的 SiOSiO2 2 晶体无色透明晶体无色透明 思考 思考 为什么 SiO2与 CO2的性质上有着这么大 联系生活 激发 求知欲 图片呈现 直观 深刻 加深认识 抽象思维 初步 建立 SiO2空间立 体结构 通过视 频呈现 使学生 对 SiO2的结构的 理解更深刻 SiO SiO4 4 四面体四面体 结构结构 4 的差别呢 讲 讲 主要取决于结构的不同 CO2是 C 与 O 通过化学键所连接的分子 结构 而 SiO2 是 Si O 四面体结构 投影 投影 硅氧四面体结构 讲 讲 SiO4 四面体 每 1 个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子 Si 在中心 O 在四个顶角 同时每 1 个 O 原子周围结合 2 个 Si 原子相结合 二氧 化硅中氧原子与硅原子个数比为 2 1 通常用 SiO2 来表示二氧化硅的 组成 板书 板书 4 4 结构 空间网状结构结构 空间网状结构 讲 讲 我们说 结构决定性质 SiO2 的网状结构不仅决定了其物理性 质的特殊性 还决定了其化学性质的稳定性 板书 板书 5 5 化学性质 稳定 不活泼化学性质 稳定 不活泼 具有酸性氧化物的性质 具有酸性氧化物的性质 不溶于水且不和水反应不溶于水且不和水反应 1 1 与强碱反应与强碱反应 SiOSiO2 2 2NaOH Na 2NaOH Na2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O 与碱性氧化物反应 与碱性氧化物反应 SiOSiO2 2 CaO CaO 高温 CaSiOCaSiO3 3 讲 讲 SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外 还具有特性 比如酸 性氧化物一般不与酸反应 而 SiO2却能与 HF 反应 这也是工业上雕刻 玻璃的反应原理 板书 板书 与与 HFHF 的反应 的反应 SiOSiO2 2 4HF SiF 4HF SiF4 4 2H 2H2 2O O 2 2 讲 讲 除此之外 SiO2在制水泥 玻璃 纯硅时 还有一些特殊反应 投影小结 投影小结 弱氧化性 SiO2 2C 高温 Si 2CO 工业上制粗硅 3 与某些盐反应 Na2CO3 SiO2 高温 Na2SiO3 CO2 4 CaCO3 SiO2 高温 CaSiO3 CO2 工业上制玻璃的主要反应 思考与交流 思考与交流 1 实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸 HF 能腐蚀玻璃 因此 盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料 提高学生信息处 理能力 5 瓶 2 实验室盛装 NaOH 溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞 NaOH 溶液能与玻璃中的 SiO2 反应生成 Na2SiO3 使瓶塞部分粘结 而无法打开 因此盛装 NaOH 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞 过 过 刚才我们提到 SiO2不能溶于 H2O 得到相应的酸 但它对应的酸 叫硅酸 那么硅酸是一种怎样制得的酸呢 板书 板书 2 2 硅酸 硅酸 H H2 2SiOSiO3 3 讲 讲 H2SiO3是一种比 H2CO3还要弱的酸 它不溶于水 不能使指示剂 褪色 是一种白色粉末状的固体 板书 硅酸是一种弱酸 它不溶于水 不能使指示剂变色 是一种 板书 硅酸是一种弱酸 它不溶于水 不能使指示剂变色 是一种 白色粉末状的固体 白色粉末状的固体 问 问 SiO2 不溶于水且不和水反应 那么要如何制备硅酸呢 结合初 中制备 CO2的方法来设想一下 讲 讲 初中制备 CO2是利用碳酸盐与强酸反应 是强酸制弱酸的原理 H2SiO3也是一种很弱的酸 我们是否也可以用硅酸盐来制备呢 投影实验 投影实验 P76 实验 4 1 实验 4 1 向饱和 Na2SiO3 溶液中滴入酚酞 再滴入稀盐酸 现象滴入酚酞溶液显红色 再滴入盐酸红色消失 并有透明 胶状物质生成 结论Na2SiO3 溶液呈碱性 与酸反应生成了 H2SiO3 且 H2SiO3 难溶于水 化学方程 式 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 问 问 若改向 Na2SiO3溶液中滴加 H2SO4 会有什么现象呢 板书板书 NaNa2 2SiOSiO3 3 2HCl 2NaCl H 2HCl 2NaCl H2 2SiOSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2SOSO4 4 Na Na2 2SOSO4 4 H H2 2SiOSiO3 3 讲 讲 所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体 硅酸溶胶 硅酸浓度较大 时 则形成软而透明的 胶冻状的硅酸凝胶 硅酸凝胶经干燥脱水就 形成硅酸干胶 称为 硅胶 硅胶多孔 吸附水分能力强 常用做实 验室和袋装食品 瓶装药品等的干燥剂 也可以用作催化剂的载体 讲 讲 如果对硅酸加热 其可以分解生成 SiO2 板书板书 H H2 2SiOSiO3 3 H H2 2O O SiO SiO2 2 活动与探究 活动与探究 硅酸是一种比碳酸还要弱的酸 请利用中学实验室常 见的仪器及药品 设计一个简单实验 证明硅酸的酸性比碳酸弱 并 提高学生科学精 神 6 完成一份实验报告 分析 分析 利用 CO2 溶于水产生 H2CO3 而 H2CO3的酸性比 H2SiO3 的酸 性强 可以将 CO2通入到 Na2SiO3的溶液中 板书板书 NaNa2 2SiOSiO3 3 CO CO2 2 H H2 2O NaO Na2 2COCO3 3 H H2 2SiOSiO3 3 总结 总结 本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物 SiO2和 H2SiO3 了解了 SiO2的重要性质及用途 知道了晶莹透明的水晶 五彩 斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样 知道了 SiO2在当 前信息时代 IT 产业中的重要作用 化学知识可以帮助我们认识 了 解世界 我们也可以用学过的知识进行发明 创造 造福人类 自我评价 自我评价 1 制造光导纤维的主要原料是 A 晶体硅 B 二氧化硅 C 石墨 D 硅酸钠 2 下列说法正确的是 A SiO2溶于水显酸性 B CO2通入水玻璃 硅酸钠的水溶液 可得硅酸 C SiO2是酸性氧化物 它不溶于任何酸 D SiO2晶体中不存在单个 SiO2分子 3 下列物质中 不能用玻璃瓶来盛装的是 A 烧碱溶液 B 浓硫酸 C 氢氟酸 D 碳酸钠溶液 4 要除去 SiO2 中的 CaO 杂质 最适宜的试剂是 A 纯碱溶液 B 盐酸 C 硫酸 D 苛性钠溶液 5 加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚 A 石英坩埚 B 普通玻璃坩埚 C 铁坩埚 D 陶瓷坩埚 6 CO2 通入下列各溶液中 不可能产生沉淀的是 A 石灰水 B 饱和碳酸钠溶液 C 硅酸钠溶液 D 氯化钙溶液 若最终产生沉淀的是 BC B BD C B C D 教学回顾教学回顾 7 教教 案案 授课班级授课班级课题 第四章课题 第四章 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角 硅硅 二二 课课 时时 知识知识 与与 技能技能 1 了解硅酸盐 硅的主要性质 2 认识硅酸盐 硅等在生产 信息技术 材料科学等领域的应用 过程过程 与与 方法方法 通过硅与碳的比较学习 引导学生学会运用对比的方法来认识物质 教教 学学 目目 的的 情感情感 态度态度 价值观价值观 通过对硅酸盐材料及硅的用途学习 使学生了解新型无机非金属材料 培养学生热爱科学的情感 重重 点点 硅 硅酸盐的丰富性和多样性 难难 点点 通过学习 掌握研究非金属元素单质及化合物的一般方法 知知 识识 结结 构构 与与 板板 书书 设设 计计 二 硅酸盐二 硅酸盐 silicate silicate 1 1 定义 硅酸盐是由硅 氧 金属所组成的化合物的总称 定义 硅酸盐是由硅 氧 金属所组成的化合物的总称 2 2 硅酸钠 硅酸钠 1 1 物理性质 白色固体 易溶于水 水溶液俗称水玻璃或泡花碱 是一种泡物理性质 白色固体 易溶于水 水溶液俗称水玻璃或泡花碱 是一种泡 花碱花碱 2 2 化学性质 相对稳定 不能燃烧 不易被腐蚀 化学性质 相对稳定 不能燃烧 不易被腐蚀 热稳定性强热稳定性强 3 3 表示方法 表示方法 原则 金属氧化物 较活泼原则 金属氧化物 较活泼 较不活泼较不活泼 方法 方法 找组成元素找组成元素 写成氧化物的形式写成氧化物的形式 1 1 2 2 原子个数比不变原子个数比不变 检查有无遗漏检查有无遗漏 3 3 4 4 三 硅三 硅 silicon silicon 单质单质 1 1 存在形态 有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 存在形态 有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 2 2 晶体结构 正四面体形 晶体结构 正四面体形 3 3 物理性质 灰黑色具有金属光泽的固体 熔点高 硬度大 质脆 导电性介 物理性质 灰黑色具有金属光泽的固体 熔点高 硬度大 质脆 导电性介 于导体和绝缘体之间 是好的半导体材料 于导体和绝缘体之间 是好的半导体材料 4 4 化学性质 化学性质 1 1 常温下的反应 常温下的反应 Si 2FSi 2F2 2 SiF SiF4 4 Si 4HF SiFSi 4HF SiF4 4 2H 2H2 2 8 Si 2NaOHSi 2NaOH H H2 2O O NaNa2 2SiOSiO3 3 2H 2H2 2 2 2 高温下的反应高温下的反应 Si OSi O2 2 高温 SiOSiO2 2 Si 2ClSi 2Cl2 2 高温 SiClSiCl4 4 5 5 硅的制备 硅的制备 1 1 工业上制粗硅工业上制粗硅 SiOSiO2 2 2C2C 高温 Si 2COSi 2CO 石英砂石英砂 焦炭焦炭 电炉中电炉中 粗硅粗硅 2 2 由粗硅制纯硅由粗硅制纯硅 Si 2ClSi 2Cl2 2 高温 SiClSiCl4 4 SiClSiCl4 4 2H 2H2 2 高温 Si 4HClSi 4HCl 教学过程教学过程 教学步骤 内容教学步骤 内容 教学方法 手教学方法 手 段 师生活动段 师生活动 思考 思考 SiO2与 CO2在物理 化学性质方面有哪些相似性和不同之处 投影回顾 投影回顾 CO2 SiO2 物理性质无色无味气体 熔沸点都 很低 微溶于水 存在于 空气中 灰黑色固体 熔沸点都很 高 不溶于水 存在于岩 石中 俗名硅石 石英 水晶 纤维 玻璃 硅藻 土中都大量含有 和碱性 氧化物 CO2 CaO CaCO3 SiO2 CO2 高温 CaSiO3 和碱 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 和酸 SiO2 4HF SiF4 2H2O 化 学 性 质 和水 CO2 H2O H2CO3 回顾回顾 上节课我们提到 用可溶性硅酸盐 Na2SiO3来制备 H2SiO3 事实 上 在自然界中 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分 大多数硅酸盐是不 溶于水的 自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物约占地壳总质量的 5 板书 二 硅酸盐 板书 二 硅酸盐 silicate silicate 1 1 定义 硅酸盐是由硅 氧 金属所组成的化合物的总称 定义 硅酸盐是由硅 氧 金属所组成的化合物的总称 讲 讲 硅酸盐结构复杂 一般不溶于水 性质很稳定 最简单的硅酸盐是 硅酸钠 下面我们主要研究一下硅酸钠的性质 板书 板书 2 2 硅酸钠 硅酸钠 9 1 1 物理性质 白色固体 易溶于水 水溶液俗称水玻璃或泡花碱 是一物理性质 白色固体 易溶于水 水溶液俗称水玻璃或泡花碱 是一 种泡花碱种泡花碱 投影实验 投影实验 P77 实验 4 2 放入蒸馏水放入 Na2SiO3饱和溶液 现象当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧 结论用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火 板书 板书 2 2 化学性质 相对稳定 不能燃烧 不易被腐蚀 化学性质 相对稳定 不能燃烧 不易被腐蚀 热稳定性强热稳定性强 讲 讲 硅酸盐的种类很多 结构复杂 为了方便记忆和计算 常用氧化物 的形式表示硅酸盐的组成 板书 板书 3 3 表示方法 表示方法 原则 金属氧化物 较活泼原则 金属氧化物 较活泼 较不活泼较不活泼 方法 方法 找组成元素找组成元素 写成氧化物的形式写成氧化物的形式 1 1 2 2 原子个数比不变原子个数比不变 检查有无遗漏检查有无遗漏 3 3 4 4 投影 例 请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成 投影 例 请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成 硅酸钠 硅酸钠 NaNa2 2SiOSiO3 3 镁橄榄石 镁橄榄石 MgMg2 2SiOSiO4 4 高岭土高岭土 Al Al2 2 Si Si2 2O O5 5 OH OH 4 4 讲 讲 硅酸盐材料具有很多优良的性能 为我们的生活 为人类的科技进 步作出了很大的贡献 受传统陶瓷某些特殊性能的启发 科技工作者在此 基础上进行了一次又一次的创新 又研制出了许多种组成不同 性能更特 殊的新型陶瓷 请大家阅读教材 P77 上的科学视野 投影 投影 传统硅酸盐材料 1 陶瓷 日用器皿 建筑饰材 卫生洁具 2 玻璃 3 水泥 以黏土和石灰石为主要原料 具有特殊功能的含硅物质 1 碳化硅 金刚砂 2 硅钢 导磁性良好 用作变压器铁芯 3 硅橡胶 4 分子筛 具有均匀微孔结构的铝硅酸盐 5 生物陶瓷 人造骨 过 过 虽然硅的化合物很多 随处可见 而且从远古时期人类就已经学会 加工和使用陶瓷 但是硅的单质却到很晚 18 世纪上半叶才制备出来 10 硅别看起来灰溜溜的 它自己及化合物的作用却大得很 大到高科技领域 小到我们的周围 到处都有 Si 及其化合物的踪影 当今电子工业的飞速 发展 更是人们对 Si 的性质的认识息息相关 本节我们就来学习 Si 及其 化合物的有关知识 板书 三 硅 板书 三 硅 silicon silicon 单质单质 1 1 存在形态 有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 存在形态 有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 投影 投影 展示晶体 Si 和晶体 Si 的结构模型 板书 板书 2 2 晶体结构 正四面体形 晶体结构 正四面体形 讲 讲 晶体 Si 的结构类似于金刚石的正四面体型 因此物理性质与金刚 石类似 板书 板书 3 3 物理性质 灰黑色具有金属光泽的固体 熔点高 硬度大 物理性质 灰黑色具有金属光泽的固体 熔点高 硬度大 质脆 导电性介于导体和绝缘体之间 是好的半导体材料 质脆 导电性介于导体和绝缘体之间 是好的半导体材料 讲 讲 因为 Si 在元素周期表中的位置仅次于金属与非金属分界线附近 因此硅有些性质与金属相似 硅的化学性质不活泼 常温下硅的化学性质 很稳定 除 F2 HF 和 NaOH 外 Si 不跟其他物质起反应 板书 板书 4 4 化学性质 化学性质 1 1 常温下的反应 常温下的反应 Si 2FSi 2F2 2 SiF SiF4 4 Si 4HF SiFSi 4H