人教版高中化学必修一41无机非金属材料的主角-硅教案3（2课时）

第一节无机非金属材料的主角——硅(第1课时)教学目标知识与技能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3、认识硅酸的制备原理，使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能。过程与方法1、学生学会运用对比的方法来认识物质的共性和个性，拥有对新旧知识进行归纳比较能力。2、通过硅酸的制备，具有实验设计的思维方式。情感态度价值观1、学生学会学习元素化合物的正确方法：结构决定性质、性质决定用途。2、学生了解硅和硅酸在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习教学重点、难点重点：二氧化硅和硅酸的主要性质难点：二氧化硅的化学性质教学过程环节教师活动学生活动导入这节课我们来上第四章，非金属及其化合物。（讲一下非金属元素在元素周期表中的分布及其重要性）。那么，在地壳中含量最多的元素是什么？第二个是什么？在初中我们已经学过氧了，那么接下来我们来学硅——无机非金属材料的主角。【硅元素在自然界中的分布】（PPT展示图片）硅在地壳中的含量为26.3％，仅次于氧。硅的化合物构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。【硅和碳的比较】我们再来看一下硅元素在元素周期表中的位置，在碳的下面，它们两个是同族元素，那么最外层电子是相同的，都有四个电子（PPT展示另个原子结构示意图），所以硅原子和碳一样，既不易失去电子也不容易得到电子，主要形成四价的化合物。碳是构成有机物的主要元素，而硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。然而硅在自然界中的存在形式不同，碳在自然界中有稳定的单质存在，而硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。我们周围的空气都有氧气包围，所以硅主要以氧化物二氧化硅以及硅酸盐的形式存在。下面我们就来看二氧化硅。答：氧、硅知识点1：二氧化硅二氧化硅是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶型和无定型。【二氧化硅的存在形式】石英晶体是结晶的二氧化硅，同学们都见过水晶吧？其实石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶，而具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。水晶和玛瑙经常拿来做什么啊？对的，经常用来做饰物。（PPT展示图片）而无定型硅有硅藻土等。（PPT展示图片）【二氧化硅的结构】我们说结构决定性质，那么二氧化硅有什么性质呢？我们先来看一下它的结构。（PPT展示结构）大家看一下它的结构，一个硅和多少个氧相连？一个氧和多少个硅相连？实际上，二氧化硅晶体是由硅和氧按1:2的比例缩组成的立体网状结构的晶体。独立一个单元结构出来就是一个硅和四个氧相连，硅在中心，四个氧4个在顶角，形成了四面体结构。但是你们要注意二氧化硅晶体是立体网状结构，只是用SiO2来表示二氧化硅的组成。【二氧化硅的物理性质】我们回忆一下，初中我们学的立体网状结构的物质还有那些？对的，金刚石也是立体网状结构，那么它的硬度怎么样？熔沸点怎么样？是的，二氧化硅也是相似的，我们来看一下二氧化硅的物理性质（PPT列表，了解二氧化硅的物理性质），同学们把它写到课本76页上面那里思考与交流的物理性质那里。【板书】1、二氧化硅物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水【二氧化硅的化学性质】二氧化硅是酸性氧化物，同学们还记得什么是酸性氧化物吗？酸性氧化物那有什么共性呢？二氧化硅具有酸性氧化物的通性：能和碱反应生成盐和水SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O能和碱性氧化物反应SiO2＋CaO==CaSiO3【思考1】下面请同学们思考：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?是因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应，生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞粘连在一起，所以不能用玻璃塞。【思考2】玻璃光滑坚硬，用什么刀子能雕刻出这些花纹图案和刻度呢？当然用普通刀子是不能完成这一工艺的。说来有趣，找到能够在玻璃上自如地雕刻的特殊“刀子”，还是从发现一种会“啃”玻璃的化学物质开始的。同学们猜一下这种化学物质什么？氢氟酸是酸性氧化物，是不是只能和碱反应而不能和酸反应呢？二氧化硅虽然是酸性氧化物，但是能和氢氟酸反应，记住氢氟酸是唯一可以与之发生反应的酸：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（PPT展示）玻璃中含有二氧化硅，要雕刻玻璃的花纹图案时，先在玻璃上铺上一层蜡，在石蜡上雕刻出花纹，在挖空的那部分加入氢氟酸，等反应后洗掉酸和石蜡，玻璃的雕花就完成了。现在同学们知道为什么实验室的氢氟酸不用玻璃瓶盛放的原因了吗？对的，所以实验室的氢氟酸都是用塑料瓶来盛放。【二氧化硅的用途】（PPT图片展示）我们学习了二氧化硅的物理性质及它的化学性质，下面我们来看一下它的用途。同学们看到课本75页，二氧化硅可以用来做什么？用作建筑材料，饰物，石英坩埚，光导纤维等。答：知道答：用作手链，项链答：四个、两个答：金刚石答：硬度大，熔点高思考并回答思考并回答 思考看课本并回答：氢氟酸不是答：氢氟酸会腐蚀玻璃看课本回答知识点2：硅酸【导入】我们知道，二氧化碳溶于水生成碳酸，那么我们要得到硅酸时能不能把二氧化硅溶于水形成呢？对的，二氧化硅是不溶于水的，那我们怎么才能得到硅酸呢？【实验演示】同学们看到课本的实验41，快速浏览一下。下面我们来做一下这个实验。注意观察现象。下面请同学们描述刚才的实验现象，（PPT展示表格）实验现象：溶液呈红色,加入盐酸后红色变浅并接近消失时,有白色胶状物质生成。初步结论：Na2SiO3水溶液呈碱性，硅酸不溶于水注意：硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。同学们把这个实验现象和结论填到77页最上面的那个表上去。【硅酸的化学性质】硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3==SiO2+H2O（加热）另外硅酸与强碱溶液反应：2NaOH+H2SiO3==Na2SiO3+2H2O同学们把这两个方程式补充到课本上。刚才的实验反应生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体溶液——硅酸溶胶，当浓度比较大时，形成软而透明的、胶体状的硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，成为硅胶。硅胶多孔，吸附水分的能力很强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂。（PPT展示图片）变色硅胶就是常用的一种干燥剂，大家看，它还是干燥的硅胶时是蓝色的，当吸水后就变成近乎透明的了，我们就能以此来判断环境的水分含量以及及时更换干燥剂。答：不能，因为二氧化硅不溶于水观察实验现象课堂小结二氧化硅的物理性质及化学性质。硅酸的制备，物理性质及化学性质。板书设计第一节无机非金属的主角－硅1、二氧化硅（SiO2）（1）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水（2）化学性质：①酸性氧化物共性：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaO==CaSiO3②特性：与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O2、硅酸（1）主要性质：白色，不溶于水，弱酸性（2）制备：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl第一节无机非金属材料的主角——硅第二课时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）A.还原剂B.氧化剂C.二者都不是（2）反应②属于（AC），反应③属于（EC）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，你对化学与社会生产生活的关系有什么新的认识？1.介绍了硅酸盐的定义、表示方法及工业产品。2.硅酸钠的性质和用途。3.硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途。思考后回答：硅的结构及其化学性质。回答：化学与社会的关系很紧密，社会的进步离不开化学的发展。作业课本第P80页第7、8、9、11题。

随堂检测1．用化学方程式表示二氧化硅是酸性氧