化学1必修4.1《无机非金属材料的主角-硅》教案

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅一、二氧化硅和硅酸教学目标一、知识目标1.理解二氧化硅的晶体结构，掌握二氧化硅的化学性质，了解其用途，并对硅酸的组成、性质及制备形成初步的认识。2.认识物质间既有相似性，又有各自的特性。3.培养学生对知识归纳、总结和探究的能力。二、能力目标1.初步建立结构决定性质的感性认识。2.培养获取有用信息、有效归类、有序表达的能力。三、感情目标1.认识二氧化硅及硅酸的用途，体会化学的实用性。2.感受化学在生活生产中的重要地位，培养学生关注社会的意识和责任感。3.插图以及书前彩图的运用，新科技知识的介绍，激发学生热爱科学，运用科学为人类创造美的渴望。教学重点二氧化硅的性质和硅酸的制备。教学难点培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力。课时安排１课时教学方法教法：情境激励、自主学习、教学点拨、类比归纳、讨论总结。教学用具多媒体、饱和硅酸钠溶液、酚酞试液、稀盐酸、试管、滴管等教学流程新课引入采用实例、欣赏法创设学习情景：以绚丽多彩的晶体形态的奇异美，导入新课，抓住学生的注意力，激发学生的学习兴趣，把学生引入“硅的海洋”。教学过程引言交流研讨丰富多彩的物质世界，如各种日常生活用品，工农业设施，建筑，交通工具等等，你知道构成它们的材料有哪些？请你分别站在不同的角度，对它们进行分类。学生回答、教师总结构成它们的材料有：塑料、各种金属、木材、棉花、沙子、石头、水泥、玻璃、陶瓷、泥土等等……请大家先看PPT中的彩图，关于硅单质的照片。师别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速发展，更是与人们对硅的性质的认识息息相关。简介硅谷。本节课，我们首先来学习二氧化硅及其化合物硅酸的有关知识。板书第一节硅和二氧化硅过渡首先，我们来了解一下硅元素的有关知识。板书一、硅的存在及原子结构师请大家阅读课本P74的第一、第二自然段，总结出硅的在自然界的含量、存在形态、原子结构特点等方面的内容。学生阅读然后放PPT观察与思考通过下列图片你能总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？生硅以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。放PPT相关内容我们先来学习硅的最高价氧化物——二氧化硅的性质。板书二、二氧化硅（SiO2）问二氧化硅与二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高价氧化物，它们的性质是否相同呢？请大家回忆我们初过的二氧化碳的性质，并从物理性质和化学性质两方面回答。生二氧化碳的物理性质是：常温常压下是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。化学性质是：本身不燃烧，一般情况下也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，是酸性氧化物。师大家回答得很流利。请问，有没有固体的二氧化碳？生有！固体的二氧化碳叫干冰。师干冰可以用来人工降雨，为什么？生因为干冰有易升华的性质。师那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？请大家根据二氧化硅的存在和应用，分析二氧化硅的物理性质。观看PPT有关二氧化硅的结构及存在，比较二氧化碳与二氧化硅性质的差异。板书（1）SiO2的物理性质。学生看书后回答二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。板书坚硬难溶的固体，不溶于水。过渡二氧化硅的化学性质与二氧化碳相比，是不是也有这么大的差异呢？请大家阅读课本有关内容，并填写下表。板书（2）SiO2的化学性质。PPT展示SiO2与CO2化学性质的比较。物质二氧化硅（SiO2）二氧化碳（CO2）与水反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应与碳反应［一个同学把填写在随堂练习表上的答案，展示在多媒体上］师从表中可以看出，二氧化硅能与碱反应生成相应的盐和水，是一种酸性氧化物，它不能溶于水得到相应的酸——硅酸。讲解CO2、SiO2的物理性质差别很大，二氧化碳是一种无色无味的气体，二氧化硅是一种坚硬难熔的固体。是因为二氧化碳是分子晶体，而二氧化硅是原子晶体。提问CO2、SiO2的化学性质共性是什么？对应的酸是什么？讲解CO2、SiO2的化学性质差别不很大，比较相似，都能与碱性氧化物或强碱反应生成盐，都是酸性氧化物。二氧化硅对应的水化物是硅酸（H2SiO3）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水,是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱。酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。由此，我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：讲解并板书1.是一种不溶于水的酸性氧化物（特性）。2.能与碱反应。3.能与碱性氧化物反应。4.能与氢氟酸反应（特性）。问题探究1.为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。生因为玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使玻璃瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。问题探究2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？问题探究3.某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性氧化物。是否正确？过渡二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。沙子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。请大家看课本有关内容，了解它们的用途，并总结出来。板书（3）SiO2的用途。联想质疑你能在沙子与计算机之间、沙子与计算机光通信之间建立起某种联系吗？（提示：沙子的主要成分是SiO2）沙子——硅——芯片——计算机沙子——………——光导纤维沙子——硅——芯片——计算机沙子——………——光导纤维计算机光通信学生回答、教师总结二氧化硅可用来做光导纤维；石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。讲解确实，二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害，使人患硅肺病——“二氧化硅粉尘的危害”。过渡希望大家努力学习，并能在将来发明和创造一些新的技术、新的设备以控制空气中粉尘的含量，从而为人类的健康和生存环境作出贡献。过渡刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。板书三、硅酸（H2SiO3）师从上一节我们比较同主族元素的性质知道，硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。实验探究：如何制取硅酸?阅读课本P76——探究实验4～1，填表：［讨论］实验室制硅酸的原理。［板书］制取原理：强酸制弱酸——可溶性硅酸盐与酸反应得到。现象滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生。结论a.Na2SiO3溶液呈碱性。b.可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸。c.先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶。d.硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。化学方程式

Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3（胶体）离子方程式

SiO32-+2H+==H2SiO3↓板书硅酸的性质：不溶于水，酸性比碳酸弱。师硅酸可通过可溶性硅酸盐与酸反应得到。讲解并板书Na2SiO3+2HCl====H2SiO3（胶体）+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3（胶体）+Na2CO3讲解生成的H2SiO3叫硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。板书H4SiO4====H2SiO3+H2OH2SiO3SiO2+H2O板书硅酸的用途——硅胶，做干燥剂。本课小结1.了解硅元素在自然界中的存在和含量，从硅元素的位置与结构推知其亲氧性存在的两种化合物———二氧化硅和硅酸。2.二氧化硅的结构和性质。3.硅酸制取原理、性质和硅胶的用途。4.实验验证硅酸的酸性比碳酸弱的实验事实。课堂练习1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（）A.熔点很高B.与水反应生成对应的酸C.可与烧碱反应生成盐D.坚硬2.要除去SiO2中混有的少量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3.下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（）A.HF溶液B.KOH溶液C.盐酸D.水玻璃4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀5.能将Na2SiO3、CaCO3、SiO2三种白色粉末鉴别开来的试剂是（）A.NaOH溶液B.水C.氢氟酸D.稀盐酸6.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）A.CO2→H2CO3B.SiO2→Na2SiO3C.Na2O→Na2CO3D.SiO2→H板书第四章非金属及其化合物第一课时二氧化硅和硅酸一、硅1．硅元素的分布与存在。(1)存在：只以化合态存在。(2)分布：分布广泛，含量仅次于氧。2.物理性质：熔沸点高，硬度大，半导体。二、二氧化硅 1.物理性质：坚硬难溶的固体。 2.化学性质。 3.用途。三、硅酸的性质及用途 1.硅酸：不溶于水，酸性比碳酸弱。 2.硅胶做干燥剂教学反思本节课让学生对化学的学习源于生活，又高于生活，增强了学生的学习兴趣，培养了学生获取知识和解决问题的能力，激发学生热爱生活、探索学问的热情。突出化学与社会、生活、环境的联系，体现化学课程的科学教育功能。二、硅酸盐和单质硅教学目标（一）知识目标1．了解硅酸盐的组成的表示方法、性质及应用。2．理解硅酸钠的性质及应用。（二）能力目标1．教给学生自学阅读和讨论交流的方法。2．培养获取有用信息、有效归类、有序表达的能力（三）情感目标1．认识硅酸钠及单质硅的用途，体会化学的实用性。2.感受化学在生活生产中的重要地位，培养学生关注社会的意识和责任感。3．插图以及书中彩图的运用，新科技知识的介绍，激发学生热爱科学，运用科学为人类创造美的渴望。教学重点硅单质及其化合物的性质，硅的制法。教学难点培养学生学会由结构入手认识性质，由性质认识用途的方法。课时安排1课时教学方法实物展示、启发诱导、引导归纳、自主学习、有序表达教学用具多媒体课件普通玻璃片、红色玻璃片、蓝色玻璃片各一块，普通玻璃管、被碰损的搪瓷碗或杯，稀盐酸、酒精喷灯、火柴、图片、高压钠灯、光导纤维玩具第二课时硅酸盐及硅单质的性质和用途教学过程

教师活动学生活动复习引课上节课我们学习了用硅酸钠与酸反应制取硅酸，说明硅酸是弱酸。写出化学方程式。讲解板书设问硅酸钠是最常见的硅酸盐，下面我们了解硅酸盐的知识。1．硅酸盐。什么叫硅酸盐？阅读课本第8页第一段。阅读教材，理解硅酸盐是指硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐。板书讲解板书讲解2.硅酸盐组成的表示方法。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5％。黏土的主要成分是硅酸盐。黏土是制造陶瓷器的主要原料。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写时，应把金属氧化物写在最前面，然后写SiO2，最后写H2O。且各种氧化物之间用“·”隔开。如:Na2SiO3Na2O·SiO2Al2（Si2O5）（OH）4Al2O3·2SiO2·2H2O讲解硅酸盐种类很多，大多难溶于水，可溶性硅酸盐最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色黏稠的液体，它有什么用途？回答：制硅酸。投影展示部分硅酸盐产品。观察，欣赏，激发兴趣。讲解

展示板书设问实验室里用于制H2SiO3，工业上可制成硅酸凝胶，处理后就得硅胶。硅胶是一种很好的干燥剂和催化剂载体。食品袋里的硅胶干燥剂，投影硅胶图片样品。3．硅酸钠的用途。硅酸的性质中，Na2SiO3与盐酸反应制硅胶的实验现象和说明的问题。观察。

记笔记。回答：产生白色浑浊。说明硅酸是弱酸。设问演示Na2SiO3还有哪些用途？请观察以下几个实验，描述现象。用玻璃塞塞紧的长期装水玻璃的试剂瓶，拔其瓶塞。观察到瓶塞拔不出。演示将用水玻璃浸过的且已干燥的布条放在火焰上烧。将用水玻璃浸过的长期存放的鲜蛋敲碎。观察到布条没有燃烧。

观察到鲜蛋没有坏。设问板书由这几个实验事实说明Na2SiO3有什么用途？（1）黏合剂。（2）耐火材料；（3）防腐剂。纷纷说出Na2SiO3的用途：作黏合剂、耐火材料、防腐剂等。阅读问题教材P77——硅酸盐如何具有保肥能力阅读、讨论。展示分类展示硅酸盐产品：陶瓷、玻璃、水泥。观看，考虑与生活的关系。设问讲解为什么在英文中用“China”表示中国？陶瓷在我国历史悠久，但目前发展状况不容乐观，还需各位作出不懈努力，弘扬民族文化精髓。纷纷说出自己的看法：陶瓷是中国人发明并最早使用，欧洲人视中国陶瓷为无价之宝，所以欧洲人把瓷器叫做“China”。久而久之“China”就成了中国的英文名称。展示讲述展示秦兵马俑图片或录像。瓷器在东汉晚期发明，而陶瓷主要含硅元素。古陶器的图片或录像。观看兵马俑图片或古瓷器图片、录像等，思索。设问展示讲解你能否举出在现代社会中含硅元素的无机非金属材料？体现现代文明的无机非金属材料的图片，如：加上“硅窗”的保鲜袋、超导材料、电子陶瓷、集成电路等。能源、材料、信息是文明的三大支柱，而能源问题的解决和信息社会飞速发展的前提是能源材料、信息材料的突破。硅在现代电子、航空航天、敏感材料、超导材料中起着十分重要的作用。回答：用于制造电脑的半导体材料如晶体管、集成电路。用于信息传递的光导纤维。玻璃、水泥以及超导材料等。设问讲述我们都知道硅在地壳中的含量，谁又知道硅在宇宙范围内的存量？在宇宙范围内，硅的存量次于氢、氦、碳、氖、氧、氮，居第七位。在宇宙范围内的存量不清楚。指导阅读板书讲述展示设问阅读课本第79页，第一、第二自然段。一、硅在自然界中的存在形式人类虽然在一万年前制出了陶器，五千年前古埃及人发明了玻璃。而人类真正认识硅元素是在1823年由瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获得单质硅的。硅晶体样品或彩图。请同学描述一下单质硅的色态？阅读后归纳：在自然界中无单质形式存在的硅，只有化合态硅——晶体和无定形两种。硅是构成矿物和岩石的主要元素。

回答：硅是灰黑色有金属光泽的固体。板书硅的物理性质

学生阅读课本P80第一、第二自然段投影展示

硅晶体结构平面图。金刚石晶体球棍模型。

提问阅读总结通过以上对硅晶体与金刚石晶体结构的对比，请你分析一下结构对它们主要物理性质的影响？晶体硅的物理性质：1．硅的熔、沸点高，硬度大（金刚石>二氧化硅）。2．是重要的半导体材料。回答：它们的物理性质特点为硬度大，熔、沸点高。但金刚石的键长短，键能大，所以其硬度，熔、沸点高于晶体硅。阅读总结

投影归纳总结加热1．硅的化学性质：常温下不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。加热条件下，可与氧气反应。加热高温Si+O2=====SiO2Si+2F2===SiF4高温Si+4HF===SiF4↑+2H2↑2．硅的工业制法：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯。SiO2+2C=====Si+2CO↑学生可能的回答：1．硅、碳同属ⅣA元素，最外电子层有4个电子。所以硅的化学性质与碳相似，容易形成共价化合物。2．也可发生的反应。Si+O2=SiO2将碳、硅化学性质对比表记录于笔记中。板书讲解

提问随堂练习四、单质硅的制法用适量碳还原二氧化硅得到粗硅。将粗硅与氯气在高温下反应，得液态不纯的四氯化硅，经分馏提纯用氢气还原即可得纯硅。写出以上各步制取纯硅的化学反应方程式？工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅〔SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①〕，粗硅能跟氯气反应经提纯得到SiCl4后再用氢气还原制得纯硅（Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4②，SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③)。根据以上反应回答下列问题（1）反应①中焦炭是（）A.还原剂B.氧化剂C.二者都不是（2）反应②属于（），反应③属于（）A.化合反应B.分解反应C.氧化还原反应D.非氧化还原反应E.置换反应高温根据所讲的知识写出化学反应方程式：高温2C+SiO2====Si+2CO↑高温Si+2Cl2==SiCl4高温SiCl4+2H2======Si↓+4HCl学生分析讨论，回答。板书PPT

4.硅的主要用途：作半导体材料；制造太阳能电池；制造硅合金等。硅的用途观看PPT图片总结单质硅的用途。硅的应用示例:硅太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料信息技术等材料和人造卫星、登月车、火星探测器等动力设备新能源。观察与思考。回忆本节课所学内容，师生共同总结。过渡设问小结请大家小结本节课的知识重点。通过这节课的学习，你对化学与