《5.3 无机非金属材料》教案、导学案

《5.3无机非金属材料》教案【第一课时】【教学目标】知识与技能1.了解硅酸钠的性质和主要用途2.对硅酸盐工业及一些产品有大致印象,体会硅酸盐的丰富性和复杂性3.了解硅是重要的半导体材料，在电子工业上的广泛用途。过程与方法本节课内容属于了解层次,行文浅显易懂,可让学生阅读自学,仔细体会有关知识的内涵,进行归纳总结，培养学生的自学、归纳能力。情感态度价值观以中国的陶瓷在世界文明中的重要地位为例，感悟我们中华民族的伟大与希望；以晶体硅在高新技术领域里的重要作用为例，体会科学、技术、社会之间的相互关系，使学生真正地认识到硅酸盐工业与人类生产、生活密切相关。【教学重难点】教学重点硅酸盐的用途教学难点1.硅酸盐的用途2.硅酸盐的丰富性和多样性【教学方法】自主——合作——探究【教学过程】［导入］硅酸钠是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是不溶于水的。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%。［板书］二、硅酸盐[实验探究]实验4-2，取两张滤纸条，分别放入蒸馏水和饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别在酒精灯外焰点燃。观察现象。完成实验，填写实验报告。实验报告：放入蒸馏水放入饱和溶液现象结论[学生讨论，交流]硅酸钠的性质、用途（显碱性，能耐高温）[教师小结]硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，，其用途很广；建筑工业及造纸工业用它做粘合剂；木材或织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火；浸过水玻璃的鲜蛋可以长期保存；水玻璃还用作软水剂，洗涤剂和制肥皂的填料；它也是制硅胶和分子筛的原料。［演示实验］取两根一样的干燥布条(其中一根在硅酸钠溶液中浸过)在火焰上燃烧。［观察回答］两根布条燃烧的情况一样吗？现象有何不同？［回答］不一样。一根很容易燃烧，一根不燃。［思考］是什么原因造成了这样的差别呢？答案在这里！［讲解］不燃的布条是由于我预先在硅酸钠溶液中浸泡并晒干的。这也是硅酸钠的用途之一。硅酸钠的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很广，建筑工业及造纸工业用它做粘合剂。木材或织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火。浸过水玻璃的鲜蛋可以长期保存。水玻璃还用作软水剂，洗涤剂和制肥皂的填料。它也是制硅胶和分子筛的原料。[板书]1.硅酸钠：水溶液俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。[实物展示]粘土样本。[课堂阅读]科学视野，概括你所获取的信息，制作成知识小卡片。（1）硅酸盐的丰富性和多样性的原因；（2）土壤胶体的形成过程；（3）土壤胶体的作用……[讲解]由于铝与硅在元素周期表位置相邻、离子大小相近，铝离子通常或多或少的置换硅酸盐中的正四价硅，形成铝硅酸盐。为了保持电中性，回引入其他正离子，从而增大了硅酸盐的丰富性和复杂性。硅酸盐矿石长期风化会成为粘土，并且生成土壤胶体。土壤胶体一般带负电荷，能吸附土壤中的铵根离子及钾离子，具有保肥能力。这是大自然对人类的馈赠，我们应该爱护大地母亲。我们日常所说的粘土,它的化学成分主要是由组成。[板书]2.粘土：化学成分主要是：，土壤胶体一般带负电荷，具有保肥能力。[学生展示]水泥、住宅玻璃、汽车、火车的车窗玻璃、挡风玻璃、各种颜色的玻璃、光学仪器玻璃、器皿玻璃、缸、罐、茶具、瓷质餐具、卫生设施、艺术饰品。[提问]China的中文意义，引入三大硅酸盐工业。[投影]应用广泛的硅酸盐工业：[板书]3.硅酸盐工业：[阅读]思考与交流玻璃普通玻璃的大致组成：各种特种玻璃的特性和应用种类特性用途普通玻璃在较低温度下易软化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光化学仪器；高压水银灯、紫外灯的灯壳等光学玻璃光性能好、有折光和色散性眼镜片；照相机、显微镜、望远镜、用凹凸透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀宇航员的衣服、玻璃钢等钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂运动器材；微波通信器材；汽车、火车窗玻璃等[思考与交流]从上表我们知道了一些特种玻璃的性质和用途，请从改进材料方面谈谈本表内容给你启发。水泥（1）主要成分硅酸三钙（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）（2）用途：建筑行业水泥在各个工程上应用（3）阅读资料交流感受。①现在全世界年产水泥总数超过6亿吨。一种新型水泥——双快水泥（快凝、快硬）问世。它浇注一天后的硬度，相当于普通水泥浇注7-28天后的硬度。②我国水泥工业的发展情况：水泥产量自1979年到1999年增长了7.8倍，20年间我国水泥产量平均增长达11.08％，水泥产量自1995年以来一直居全世界首位。其中1999年我国水泥产量占世界的37．16％。我国现有水泥企业8000多家，而20万吨以上的企业不足10％，全国水泥企业平均规模不到10万吨，与世界其它国家相比差距极大。陶瓷[思考]为什么在英文中用China表示中国？产品主要原料主要设备反应条件主要反应或主要成分主要性质水泥粘土、石灰石、（石膏）适量水泥回转窑高温硅酸三钙：硅酸二钙：铝酸三钙：水硬性玻璃纯碱石灰石石英玻璃窑高温成分：、、[教师讲解]我国是世界上最早生产陶器的国家，瓷器是中华文明的象征，中国的瓷器驰名世界，英文的“中国”（China）一词又指“瓷器”，这反映了在西方人眼中中国作为“瓷器故乡”的形象。[教师引导]请大家根据生活经验，说一下玻璃、陶瓷的性能？[学生讨论，交流]玻璃的透光性能好，但易碎，并且易伤人；玻璃不耐热，开水都能把它炸裂；陶瓷硬度高、耐磨损、耐高温、化学性质稳定，但易破损。[投影讲解]硅酸盐产品简介：[板书]3、水泥：硅酸三钙：硅酸二钙：铝酸三钙：玻璃：、、[讲解]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，如：硅酸钠是一种可溶性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数不溶于水，而且结构很复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写规则：金属氧化物写在最前面，然后写二氧化硅，最后写水，而且氧化物之间用“·”隔开［例题］可以写成硅酸：、硅酸钾：——高岭石：［练习］如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐高岭石：以氧化物形式表示为（）钠长石：a为（），若以氧化物形式表示为（）[阅读]资料卡片，练习氧化物表示形式。[板书]4.氧化物表示形式：硅酸钠：石棉：长石：普通玻璃：黏土：[小结]规则：化合价不变，原子个数比不变。金属氧化物按金属活动顺序表示[教师讲解]传统陶瓷有许多独特的优势，这使得很多行业的科学家都对它情有独钟，然而它的弱点的存在，又使它的应用范围受到了一定的限制。关于陶瓷，科学家们一直在探索着扬长避短的制作技术，并已取得了很大的进展和突破，产生了多种多样具有特殊性能的新型陶瓷，下面请同学展示。[学生展示]介绍搜集的新型陶瓷资料。[课堂阅读]请阅读课文材料，讨论归纳新型陶瓷。[阅读]科学视野—新型陶瓷（结合幻灯讲解）。结构陶瓷：主要是指发挥其机械、热、化学等性能的一大类新型陶瓷材料，它可以在许多苛刻的工作环境下服役，因而成为许多新兴科学技术得以实现的关键。在空间技术领域，制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料，在这方面，结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始使用高温与低温的隔热瓦，碳-石英复合烧蚀材料已成功地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展将更加依赖于新型结构材料的应用，在这方面结构陶瓷尤其是陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料远远优于其他材料。压电陶瓷：你听说过会说话、会唱歌的陶瓷吗？会侦察、会指挥、能诊断、能生电的陶瓷吗？这就是压电陶瓷，属于现代功能陶瓷。神奇的压电陶瓷--海中"雷达"侦察兵：雷达是用无线电原理对空中目标搜索、定位、导向的通讯工具，而在水中不能发挥作用。用压电陶瓷制成的声纳系统可在水中起到同样的作用，在军事上搜索敌潜艇，鱼雷活动状况是否对我方有威胁.活动方位、速度等，我方根据动态目标对鱼雷等起到导航、攻击指挥作用。在民用上，探测海中鱼群分布和种类以便有计划捕捞，打捞遇难船物等。压电陶瓷组成的声纳系统誉为水中雷达侦察兵。透明陶瓷：陶瓷一般是不透光的，由于陶瓷的不透光，使陶瓷的用途受到很多的限制。科学家经过长时间悉心研究后，终于在1957年制成了世界上第一片透光陶瓷。透光陶瓷有着广泛的用途。当透光陶瓷问世后，使高压钠灯的研制成功。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，在同样功率下一盏高压钠灯能顶两盏高压汞灯，且光线柔和、银白，在高压钠灯下看物体不但清楚，且不刺眼。另外高压钠灯还具有特殊的本领，光线能透过浓雾不被散射，作为道路、汽车、广场的用灯特别合适。超导陶瓷：1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎士的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧—钡—铜—氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇—钡—铜—氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊—钡—钙—铜—氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986—1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。生物陶瓷：生物陶瓷指与生物体或生物化学有关的新型陶瓷。生物陶瓷可分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。前者植入体内以恢复和增强生物体的机能，是直接与生物体接触使用的生物陶瓷。后者用于固定酶、分离细菌和病毒以及作为生物化学反应的催化剂，是使用时不直接与生物体接触的生物陶瓷。[讲述]特殊功能含硅物质：碳化硅、硅橡胶、硅钢、分子筛。[板书]5.新型陶瓷：结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷。三、硅单质［阅读］请大家阅读课本，总结出硅的存在形态、结构特点、物质性质等方面的内容。[投影]图4-11硅晶体［思考］硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？硅有几种同素异形体？分别是什么？［回答］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；硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。[板书]以化合态存在于自然界，有两种同素异形体。（1）物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。［过渡］那么，硅单质的化学性质怎么样呢？［讲解］常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硝酸、硫酸等起反应。加热时，能跟一些非金属反应，如它也能和氧气反应生成二氧化硅。［讲解并板书］（2）单质硅化学性质：[投影]硅的各种用途：[讲述]（据图片）半导体材料；太阳能电池。[投影练习]1.下列物质中属于纯净物的是（）A. B.水泥C.纯净的盐酸 D.普通玻璃答案：A2.下列叙述正确的是（）A.酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同答案：BD3.下列物质有固定熔点的是（）A.水泥 B.玻璃 C. D.水玻璃答案：C[小结]1.硅酸、硅酸盐的用途2.掌握硅酸钠的化学性质[作业]写出下列转化关系中的化学方程式：附板书计划：二.硅酸盐1.硅酸钠：水溶液俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。2.粘土：化学成分主要是：，土壤胶体一般带负电荷，具有保肥能力。3.水泥：硅酸三钙：硅酸二钙：铝酸三钙：玻璃：、、4、氧化物表示形式：硅酸钠：石棉：长石：普通玻璃：黏土：5.新型陶瓷：结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷。三、硅单质（1）物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。（2）单质硅化学性质：[课堂巩固]1.下列材料的特性及用途的说法中不正确的是（）A、光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料B、氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备C、氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承D、人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机2.熔融苛性钠应选用的器皿是（）A、陶瓷坩埚 B、石英坩埚 C、普通玻璃坩埚 D、铁坩埚3.把下列式子改写成氧化物的形式：A.正长石___________________。B.石棉____________________。C.蛇纹石_________________。4、氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________（填序号）。A、制汽轮机叶片 B、制有色玻璃 C、制永久性模具 D、制造柴油机（2）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式__________________________。（3）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为__________________________。【第二课时】【教学目标】知识与技能1.掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质；2.了解硅在无机非金属材料中的生产和应用；3.能通过互联网查阅有关资料并作归纳概述；4.重点掌握二氧化硅的化学性质。过程与方法1.构建“结构——性质——用途”的知识体系；2.进一步掌握学习元素及其化合物的一般方法，提高自主学习能力；3.提高信息获取的能力，信息分析、信息加工和信息交流等能力；4.把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具。情感态度价值观1.体会硅在无机非金属材料中扮演的重要角色，增强将化学知识应用于生产、生活和科学技术的意识，赞赏化学科学对信息技术和社会发展的贡献；2.主动、有目的地发现信息探究知识，提高参与化学科技活动的热情；3.通过创设一个在实际生活学习中使用信息技术解决问题的学习环境中培养学生的“信息素养”。【教学重难点】教学重点硅和二氧化硅的性质。教学难点硅和二氧化硅的性质。【教学方法】自主——合作——探究【教学过程】[导课]问题：1.结合元素周期表回答：非金属元素种类？在周期表中的位置？2.地壳中氧和硅的含量？3.大气中氧和氮的含量？4.影响大气质量的气态氧化物主要有哪些？5.人体生理必须的食用盐是什么物质？[学生阅读]回答以上问题。[板书]第四章非金属元素及其化合物[引言]二氧化硅、粘土等物质在现代科技、工农业生产中发挥着很大的作用，今天我与同学们一起到硅“家里”作客，探讨一下其中的“秘密”。[板书]第一节无机非金属材料的主角—硅[设问]谁知道硅在地壳中的含量？[回答]硅是自然界中分布很广的一种元素，它的含量仅次于氧居第二位，为26.3%。［投影］图4-1硅的广泛存在［讲述］硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量90%以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演者主角的角色。［问题］碳和硅元素结构上又和不同？推测硅单质的性质有哪些？［回答］硅位于元素周期表ⅣA，与碳元素同族。原子最外层均有四个电子。硅同碳元素一样，其原子即不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。［导课］下面我们学习硅的两种重要化合物［板书］一、二氧化硅和硅酸［投影］金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。［讲述］硅为亲氧元素，在地球上硅主要是以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在；而碳主要形成石灰岩和碳酸盐矿物，碳的氧化物二氧化碳通过光合作用进入以碳为骨架的有机世界。［板书］1.二氧化硅（SiO2）［讲述］地球上天然二氧化硅成为硅石，约占地壳质量的20%，存在形态有结晶性和无定性两种。［投影］二氧化硅晶体模型：［阅读］科学视野。［讲解］将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为1∶2，只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在的小分子。［展示］水晶与玛瑙示意图：［讲述］水晶—石英中无色透明的晶体；具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。二氧化硅可用来做光导纤维。［投影］［讲述］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。［板书］（1）物理性质：坚硬、难溶固体（2）化学性质：［投影展示］与化学性质的比较物质二氧化硅（）二氧化碳（）与水反应与酸反应与碱反应与碱性氧化物反应与碳反应［学生交流］老师补充完善答案。［讲解］从上表可以看出，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。［强调］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］不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应高温1.酸性氧化物高温2.氧化性：3.特殊性：［思考］已知玻璃中含有，而硅酸钠又是一种粘合剂，回答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？［回答］因为是酸性氧化物，能和碱起反应，容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。［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］2.硅酸（）［讲述］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。硅酸易形成胶体溶液，浓度较大时，则形成硅酸凝胶，再经脱水，形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体。［投影］［板书］（1）不溶于水，酸性比碳酸弱。［实验4-1］试管中加入饱和溶液，滴入2～3滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡，至红色变浅并接近消失停止，记录现象。现象结论化学方程式［讲解并板书］（2）［讲解］生成的叫原硅酸，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。［板书］[投影练习]1.熔融烧碱应选用的器皿是（）A.石英坩埚 B.生铁坩埚C.普通玻璃坩埚 D.陶瓷坩埚答案：B2.下列说法正确的是（）A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在B.二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C.二氧化硅溶于水显酸性D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸答案：B[小结]略[作业]P814附板书计划：第四章非金属元素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1.二氧化硅（）（1）物理性质：坚硬、难溶固体（2）化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应酸性氧化物——氧化性——特殊性——2.硅酸（）（1）不溶于水，酸性比碳酸弱。（2）设计2[引入]大家曾听说过“硅谷”吧。它是美国新兴的高科技产业开发区，电子技术研究中心和计算机和半导体工业生产的重要基地。电子工业能得到蓬勃发展，硅元素在信息材料中的开发与应用起着举足轻重的作用，这就是我们将要研究的非金属材料的主角——硅。[板书]4.1无机非金属材料的主角——硅[导入]硅元素及其化合物在我们的生活中有着广泛的应用，下面请同学们展示你们收集的有关资料。[合作交流]分合作小组展示本组通过互联网查阅硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用的图片资料及实物（如绚丽多彩的水晶饰品、电子身份证、石英电子表、石英钟、沙、玻璃、瓷器等）[质疑]从古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。虽然硅的化合物随处可见，但硅的单质直到18世纪上半叶才由化学家制备出来，这是为什么？请画出硅和碳的原子结构示意图[学生展示]：硅的原子结构示意图为，与碳相似，硅原子和碳原子的最外层电子数均为4，而初中我们知道碳的化学性质很稳定，能以多种碳的单质存在于自然界中。[质疑]硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？（阅读P74）[学生展示]硅含量虽然很多，由于硅是一种亲氧元素，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为主要存在形式。因此[多媒体展示]二氧化硅在自然界中的不同存在形式（硅石、石英、水晶、砂子、玛瑙）。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。砂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。[质疑]二氧化硅的性质如何？同样从我们熟知的何种物质能得到哪些启示？[学生交流]硅单质与碳单质有如此多的相似之处，那么，二氧化硅的性质也应该和二氧化碳的性质有相似之处？[教师引导]很好，我们用比较法来探讨二氧化硅的性质，请大家回忆我们初中学过的二氧化碳的性质。[学生回答]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。[教师引导]大家回答得很流利。请问，有没有固体的二氧化碳？[学生回答]有！固体的二氧化碳叫干冰。[教师引导]干冰可以用来人工降雨，为什么？[学生回答]因为干冰有易升华的性质。[教师引导]那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？可通过熟知的何种物质进行判断？[学生探讨]我们可通过平常容易接触到的沙来比较二氧化碳与二氧化硅的性质。[教师引导]很好，描述一下二氧化硅的物理性质吧。[学生回答]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。[质疑]为什么二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大？多媒体展示二氧化硅的空间网状结构。让学生初步了解结构决定性质。[讲解]玻璃中主要成分之一是二氧化硅，（展示量筒）量筒上的刻度是如何刻出来的？[探究]学生首先想到是用小刀，但玻璃很硬，无法用小刀在玻璃上刻。[讲解]二氧化硅能与氢氟酸发生反应，我们利用这一反应原理用氢氟酸雕刻玻璃的，由此，我们不能用玻璃来盛装氢氟酸以及参与一切有关氢氟酸的反应。氢氟酸应保存在塑料瓶中，其有关反应在铅皿中进行。[质疑]（展示盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的试剂瓶）盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的试剂瓶有何不同？[学生观察]盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的瓶塞不一样，为什么盛有氢氧化钠溶液的瓶塞要用橡皮塞？[讲解]能和碱起反应，生成粘稠的硅酸钠（展示硅酸钠的粘稠性），容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开，所以盛氢氧化钠的试剂瓶用橡皮塞。。（学生可能会问：但平时盛装溶液却仍然使用玻璃容器，只是用橡皮塞，这是为什么？因为尽管能与该反应并不十分迅速，而玻璃表面较光滑，接触面积很小，反应的程度较小，对玻璃瓶的腐蚀并不明显。但如果用磨口塞的话，磨口处的表面积远大于光滑表面，反应后在表面生成是一种粘性物质，将瓶塞与瓶子紧紧粘在一起而无法打开瓶塞，因而必须用橡皮胶塞。）[质疑]二氧化硅能与碱反应生成盐和水，我们把这样的氧化物称为酸性氧化物，回忆我们以前学过的酸性氧化物。（写出二氧化硫、三氧化硫分别与水、氢氧化钠反应的化学方程式[学生回忆、交流]熟知的二氧化碳也是酸性氧化物。[质疑]通过回忆二氧化碳的性质再进一步完善二氧化硅的性质，列表比较二者性质的异同点。[投影展示]与化学性质的比较性质二氧化碳（）二氧化硅（）与水反应不反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应不反应[质疑]二氧化硅不溶于水，如何将二氧化硅转变成相对应的酸？[学生思考、总结、交流][小结]阐明“强酸制弱酸”的原理,通过硅酸盐和酸可以制备硅酸。[学生分组实验4-1]观察硅酸溶胶（）→硅酸凝胶。[实验探究]硅酸是一种很弱的酸（酸性比碳酸还弱），溶解度很小。由于不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。[实验4-1]在试管中加入饱和溶液，滴入1-2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。实验报告现象结论化学方程式离子方程式[阅读整理]“硅胶”——干燥剂，催化剂的载体[讲解]展示常用的硅胶的图片，袋装食品、瓶装药品的干燥剂—硅胶。[质疑]展示一瓶在空气中露置久的硅酸钠溶液，倒转，这瓶硅酸钠溶液与你们桌上的硅酸钠溶液有何不同，分析、提出设想，并设计实验加以验证。[学生观察、猜想、交流]可能是空气中的二氧化碳所为，设计验证实验：向饱和硅酸钠溶液中用玻璃管吹气。实验结论：硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱。[小结]通过本节课的学习，我们可感受到二氧化硅、硅酸在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，关于硅酸盐和硅单质的有关内容，下节课再做进一步的讨论。[课堂巩固]1.对于碳族元素，下列说法中正确的是（）A.Ge和Si的单质都是半导体材料B.，，的稳定性依次减弱C.，，的酸性依次增强D.只能形成共价化合物，不能形成离子化合物2.通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（）A.水玻璃 B.石灰水 C.饱和 D.3.下列离子方程式中，书写正确的是（）A.硅酸和氢氧化钾溶液反应：B.硅和浓氢氧化钠溶液反应：C.碳酸氢钙溶液跟稀盐酸反应：D.饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2：4.物质A是一种高熔点化合物，不溶于强酸中，但能与纯碱在熔融时反应生成化合物B，同时放出气体C；把气体C通入B的溶液中，得化合物D；D在干燥的空气中转变为化合物E，将E加热又重新得到化合物A。（1）A、B、C、D、E的化学式是：A________B________C________D_________E_________（2）写出各步反应的化学方程式：_____________；________________《5.3无机非金属材料》导学案【学习目标】1.通过阅读教材、分组实验，初步认识硅酸盐的组成、性质及基本用途。2.通过阅读教材、观察图片、思考讨论，认识传统的硅酸盐产品和具有传统功能的含硅材料。3.通过阅读填空、拓展探究，认识单质硅的存在、性质和用途，树立绿色化学是一种可持续发展的意识。【学习重点】硅和硅酸钠的重要性质。【学习难点】硅和硅酸钠的重要性质。【学习过程】旧知回顾：1.实验室盛放碱溶液的试剂瓶一般用橡皮塞的原理防止普通玻璃种含有的二氧化硅与碱液反应生成具有黏性的，导致瓶塞无法打开。。2.（1）硅酸：硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊溶液变红色。①硅酸不稳定，受热易分解：。②硅酸能与碱溶液反应，如与溶液反应的化学方程式为：。③硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。3．硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到硅胶（或硅酸干凝胶），具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂载体。新知预习：阅读教材并填写下列空白：1.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。溶解性大多不溶于水，稳定性较好。常用的硅酸盐是，其水溶液称为水玻璃，可用作制硅胶及木材防火剂等。2.硅酸盐的主要产品有陶瓷、水泥、玻璃。3.硅的主要用途是半导体材料（硅芯片、光电池等）。【同步学习】情景引入：中国有着悠久历史的陶瓷，生活中的玻璃，以及盖房子用的水泥，它们的主要化学成分是什么？自然界中形形色色的各种矿石其组成成分又是什么？硅酸盐材料活动一认识硅酸盐1.阅读完善：阅读教材，进一步完善“新知预习1”。2.阅读填表：阅读教材，认识硅酸盐的组成并填写下表：化学式法氧化物法________________________________________________________________3.分组实验：阅读教材，并填写对应表格。4.阅读了解：阅读教材，了解硅酸盐的丰富性和多样性。5.讨论交流：（1）为什么必须密封保存？（2）硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？对应练习：1．下列有关硅酸盐的说法中正确的是（）A．硅酸盐中的阴离子都是B．硅酸盐都难溶于水C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D．是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂2．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（）A．可用氧化物形式表示为B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于6活动二硅酸盐工业1.阅读填表：阅读教材，认识传统硅酸盐工业，并完成下表。原料制备方法（主要反应）设备陶瓷黏土高温烧结陶瓷窑玻璃纯碱、石灰石、石英、玻璃窑水泥黏土、石灰石、石膏反应复杂水泥回转窑2.思考讨论：（1）在制备陶瓷、玻璃和水泥过程中是否都发生了化学变化？【答案】是（2）结合教材，说说您知道有哪些新型无机非金属材料？品种主要性能主要用途高温结构陶瓷①耐高温；②耐氧化；③耐磨蚀耐高温材料，洲际导弹的端头，火箭发动机的尾管及燃烧室，汽车发动机，喷气发动机压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化电波滤波器、通话器、声纳探伤器、点火器透明陶瓷①优异的光学性能；②耐高温；③绝缘性好制高压钠灯的灯管，防弹“玻璃”超导陶瓷超导性超导材料3.阅读填表：阅读教材，认识特殊功能的含硅材料，并完成下表：性能用途金刚砂具有金刚石结构，硬度很大砂纸、砂轮的磨料硅钢含Si4%的硅钢具有很高导磁性变压器铁芯硅橡胶耐高温、耐低温、弹性好造火箭、导弹、飞机零件、绝缘材料分子筛具均匀微孔结构吸附剂、催化剂对应练习：1.下列说法正确的是（）A．普通玻璃呈淡绿色是由于含B．坩埚、蒸发皿都属于陶瓷制品C．“唐三彩”是一种玻璃制品D．高温下比稳定2．下列有关说法中错误的是（）A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐C．灼烧固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的能与反应D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为新型无机非金属材料活动三、硅单质存在、性质和用途1.阅读填空：阅读教材，完成下列空格。（1）单质硅的存在形式有___________________两种，晶体硅的结构与________相似。硅在元素周期表中处于________与________的过渡位置，晶体硅的导电性介于________和________之间，是良好的________材料。（2）硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：①粗硅的制备：___________________________②纯硅的制备：_______________________、_________________。利用高纯单质硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能（如太阳光能）直接转换为电能。所以硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料。（3）硅的物理性质主要有金属光泽（灰黑色）固体、熔点高（）、硬度大、有脆性，在常温下其化学性质不活泼，但在一定条件下，硅也能与其他物质发生反应，如：与溶液等反应。（4）硅的用途：高纯硅是良好的半导体材料，用于制造集成电路、太阳能电池等。2.拓展探究：用“位、构、性”的观点构建碳、硅部分转化关系图，并写出化学方程式。3.讨论交流：（1）用焦炭在电炉中隔绝空气还原制取粗硅时，为什么生成而不是？（2）在焦炭与制取粗硅的反应中，哪种物质是还原剂？还原产物是什么？4.归纳总结：硅及其化合物的“反常”（1）非金属的单质跟碱反应一般无放出，但Si能跟强碱溶液反应放出。（2）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能跟氢氟酸反应：。（3）非金属氧化物的晶体中一般有分子，但晶体只含有O、Si原子。（4）酸性氧化物一般不与酸反应，但能与氢氟酸反应生成气体。（5）无机酸一般易溶于水，但却难溶于水。（6）硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。对应练习：1.在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（）A． B．氢氟酸C．KOH溶液 D．2．下列有关硅的叙述中，正确的是（）A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应，单质硅有多种不同的结构B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在常温下只与、、HF、强碱反应D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料，也是制造光导纤维的原料【反馈练习】：1.下列不是水玻璃用途的是（）A．肥皂填料 B．木材防火剂C．纸板黏胶剂 D．建筑装饰材料2．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（）A．是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质3．硅酸铜钡是当今用最新科学技术合成的一种物质，然而，科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。依据以上事实推测下列关于硅酸铜钡的说法错误的是（）A．硅酸铜钡属于硅酸盐 B．硅酸铜钡难溶于水C．硅酸铜钡难被氧化 D．硅酸铜钡易溶于水4．下列说法错误的是（）A．硅是制造太阳能电池的常用材料B．二氧化硅是制造光导纤维的材料C．常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等起反应D．水玻璃可用作木材防火剂5．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是（）A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起6．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有。下列说法不正确的是（）A．青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为D．青石棉能使被还原【归纳梳理】三大硅酸盐产品有：陶瓷、水泥、玻璃三大硅酸盐产品有：陶瓷、水泥、玻璃Na2SiO3的性质：与酸反应生成硅酸1.硅酸盐存在晶体硅、无定形硅。2.单质硅性质与强碱反应产生（注：具有该性质的唯一非金属单质）。用途半导体材料。【提高训练】：1．下列物质中，不含有硅酸盐的是（）A．水玻璃 B．硅芯片C．黏土 D．普通水泥2．下列叙述正确的是（）A.酸均不能与酸性氧化物反应B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同3．下列离子方程式书写正确的是（）A．二氧化硅跟氢氟酸反应：B．碳酸钡溶于稀硝酸：C．硅跟氢氧化钾溶液反应：D．把水玻璃滴入盐酸中：4．在水玻璃中通入少量气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为（）A．B．与C．与D．、及5．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①② B．②③C．①④ D．③④6．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（）A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为B．碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为7．月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石（）、斜长石（）和橄榄石[]等，下列说法或分析不正确的是（）A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．橄榄石中铁为价C．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D．斜长石的氧化物形式可表示为8．铝硅合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重，由此计算硅铝合金中硅的质量分数为（）A．12.3% B．15.4%C．13.4% D．17.0%9．某学生兴趣小组想利用高岭土[其主要成分是]试验新型的净水剂。试验程序如下：其中滤液C就是欲求的净水剂。试回答下列问题：①写出混合物A、B，滤液C、D的主要成分：A：_______________________；B：_______________________；C：_______________________；D：_______________________。②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式：______________________、______________________③该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有（）A.玻璃坩埚 B．瓷坩埚C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚10．A元素的单质是重要的半导体材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。（1）A的原子结构示意图为________。（2）易与C发生化学反应的酸是_____________________________，发生反应的化学方程式是_______________________________________________。（3）C与纯碱混合高温熔融时，发生化学反应生成D，同时还生成氧化物B；将全部的B与全部的D在足量的水中混合，又发生化学反应生成含A的化合物E。写出生成D和E的化学方程式：___________________________________。（4）C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为，混合物中石灰石的质量分数是________。【参考答案】活动一认识硅酸盐1.【答案】（见预习）2.化学式法氧化物法【提示】：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属的氧化物→较不活泼金属的氧化物→二氧化硅→水。3.【答案】浸过蒸馏水的纸条，放在酒精灯上灼烧变干后燃烧起来，浸过饱和溶液的纸条，放在酒精灯上灼烧变干后不易燃烧。4.【答案】与Al形成铝硅酸盐，可大大增加硅酸盐品种的多样性；硅酸盐岩石在水和二氧化碳作用下，风化为黏土，形成土壤胶体，土壤胶体粒子表面积大且带负电，能与等多种生物的营养离子相互作用，使土壤教育保肥能力。5.（1）【答案】：会吸收空气中的和水蒸气而变质，反应的化学方程式为。（2）【答案】：否。硅酸盐结构复杂，通常用和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。对应练习：1．【解析】：选D。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐（如），也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如、等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。2．【解析】：选C。“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为价，Cu为价，Si为价，则，用氧化物形式表示为，A、B、D均正确。活动二硅酸盐工业对应练习：1.【