《无机非金属材料的主角——硅》教案

无机非金属材料的主角硅教案 资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.教案课题第四章第一节无机非金属材料的主角-硅 (一)授课班级课时教学目的知识与技能 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与方法 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。 情感态度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。 重点二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质)难点二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容知识结构与板书设计第四章第一节无机非金属材料的主角-硅 (一) 一、二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅(SiO2) (1)存在 (2)用途 (3)物理性质熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明 (4)结构空间网状结构 (5)化学性质稳定，不活泼1具有酸性氧化物的性质(不溶于水且不和水反应)与强碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与碱性氧化物反应SiO2+CaO高温CaSiO32与HF的反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O 2、硅酸(H2SiO3)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。 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy. H2SiO3H2O+SiO2教学过程教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动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。 板书第四章第一节无机非金属材料的主角-硅 (一)讲硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。 投影元素周期表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。 资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.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氧化物及硅酸盐的形式存在。 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 1、二氧化硅(SiO2) (1)存在讲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。 投影并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆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 (2)用途投影小结、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。 硅石结晶形玛瑙、石英、水晶无定形硅藻土资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.板书 (3)物理性质熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2晶体无色透明思考为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？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SiO四面体结构投影硅氧四面体结构讲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21,通常用SiO2来表示二氧化硅的组成.板书 (4)结构空间网状结构讲我们说，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 (5)化学性质稳定，不活泼1具有酸性氧化物的性质(不溶于水且不和水反应)与强碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与碱性氧化物反应SiO2+CaO高温CaSiO3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2与HF的反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O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3弱氧化性SiO2+2C高温Si+2CO(工业上制粗硅)4与某些盐反应Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2提高学生信息处理能力，SiO资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy. CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2(工业上制玻璃的主要反应)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 2、硅酸(H2SiO3)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，是一种白色粉末状的固体。 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问若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4会有什么现象呢？板书Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3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。 讲如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2提高学生科学精神资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.板书H2SiO3H2O+SiO2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，并完成一份实验报告。 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Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3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 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（）ASiO2溶于水显酸性BCO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸DSiO2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 BDC BC D教学回顾资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.教案课题第四章第一节无机非金属材料的主角-硅 (二)授课班级课时教学目的知识与技能 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与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。 情感态度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。 重点硅、硅酸盐的丰富性和多样性难点通过学习，掌握研究非金属元素单质及化合物的一般方法知识结构与板书设计 二、硅酸盐(silicate) 1、定义硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。 2、硅酸钠 (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，是一种泡花碱 (2)化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强 3、表示方法原则金属氧化物（较活泼-较不活泼）方法1找组成元素2写成氧化物的形式3原子个数比不变4检查有无遗漏 三、硅(silicon)单质 1、存在形态有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 2、晶体结构正四面体形 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、导电性介于导体和绝缘体之间，是好的半导体材料。 4、化学性质 (1)常温下的反应资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy. Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 (2)高温下的反应Si+O2高温SiO2Si+2Cl2高温SiCl 45、硅的制备 (1)工业上制粗硅SiO2+2C高温Si+2CO石英砂焦炭电炉中粗硅 (2)由粗硅制纯硅Si+2Cl2高温SiCl4SiCl4+2H2高温Si+4HCl教学过程教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动思考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CO2SiO2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化学性质和碱性氧化物CO2+CaO=CaCO3SiO2+CO2高温CaSiO3和碱CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O和酸-SiO2+4HF=SiF4+2H2O和水CO2+H2O=H2CO3-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(silicate) 1、定义硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。 资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.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 2、硅酸钠 (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，是一种泡花碱投影实验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 (2)化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强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 3、表示方法原则金属氧化物（较活泼-较不活泼）方法1找组成元素2写成氧化物的形式3原子个数比不变4检查有无遗漏投影例、请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成硅酸钠（Na2SiO3）镁橄榄石（Mg2SiO4）高岭土Al2(Si2O5)(OH)4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)生物陶瓷人造骨资料由大小学习网收集.dxstudy.资料由大小学习网收集.dxstudy.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。 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(silicon)单质 1、存在形态有晶体硅和无定形硅两种同素异形体投影展示晶体Si和晶体Si的结构模型板书 2、晶体结构正四面体形讲晶体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 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、导电性介于导体和绝缘体之间，是好的半导体材料。 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F 2、HF和NaOH外，Si不跟其他物质起反应。 板书 4、化学性质 (1)常温下的反应Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2讲在高温下，Si能与O2等非金属单质发生反应板书 (2)高温下的反应Si+O2高温SiO2Si+2Cl2高