無機非金屬材料的主角硅-教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第四章第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅課題：第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角-硅(一)授課班級課 時1課時教學(xué)目的知識與技能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質(zhì)，掌握二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)3、認識物之間既有相似性，又有各自的特性過程與方法1、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力。2、活動探究，通過硅與碳、二氧化硅與二氧化碳的比較，培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力、比較能力。情感態(tài)度價值觀通過了解材料發(fā)展的歷史與前景，使學(xué)生認識化學(xué)在材料科學(xué)中的重要地位，體會化學(xué)的創(chuàng)造性和實用性，激發(fā)對化學(xué)科學(xué)的興趣。重 點二氧化硅的性質(zhì)(尤其是作為酸性氧化物的性質(zhì))和硅酸的性質(zhì)難

2、點培養(yǎng)學(xué)生對知識的歸納、總結(jié)和探究的能力知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角-硅(一)一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )<silicon dioxide>(1) 存在(2) 用途(3) 物理性質(zhì)：熔點高，硬度大的固體、不溶于水，純凈的SiO2 晶體無色透明(4) 結(jié)構(gòu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(5) 化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定，不活潑 具有酸性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng))與強堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3 與HF的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 2、硅酸(H2SiO3)硅酸是一種弱酸

3、，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 H2SiO3 H2O +SiO2 教學(xué)過程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動引入我們生成的地球，它堅硬的地殼是由什么構(gòu)成的？巖石，構(gòu)成巖石的主要成分是硅酸鹽及硅的氧化物。問一提到硅，同學(xué)們又能想到什么呢？硅谷：美國新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計算機生產(chǎn)的重要基地,位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端.別看它看起來灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。例：

4、半導(dǎo)體：單晶硅是半導(dǎo)體器材的核心材料,硅半導(dǎo)體是集成電路的主要材料,估計在21世紀,硅仍然會占半導(dǎo)體材料的95%以上.沙子、石英、水晶：主要成分是硅的氧化物光導(dǎo)纖維:從石英玻璃熔融體中,拉出直徑為100微米的細絲.再把千百根光導(dǎo)纖維組合并增強處理,就制成成光纜,其優(yōu)點:質(zhì)輕,體積小,輸送距離長,保密性好,成本低.導(dǎo)入從古至今，在無機非金屬材料中，硅一直都在扮演著主要的角色。今天，就讓我們一同來研究一下硅的氧化物-二氧化硅及硅酸和硅酸鹽的性質(zhì) 。板書第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角-硅(一)講硅在地殼中含量豐富，僅次于氧，排在第二位，約占26.3%。投影元素周期表講位于周期表中的第四長列上的

5、是碳族，這一族可謂是豪門望族。其中具有代表性的是其中的兩位兄長。碳，形成了無數(shù)種構(gòu)成人類和其它地球生物等的有機物，“統(tǒng)治了有機界”。其構(gòu)成的煤、石油等有機化產(chǎn)品和材料是現(xiàn)代化的基石。而它的弟弟-硅，地殼質(zhì)量的約90%，構(gòu)成了地殼大部分巖石、沙子和土壤， “統(tǒng)治了地殼”，而當今硅酸鹽工業(yè)的陶瓷、玻璃、水泥等使人類生活日新月異。思考與交流畫出C、Si的原子結(jié)構(gòu)簡圖，并由此分析：硅的化學(xué)性質(zhì)活不活潑，為什么？硅的化合價主要是多少？講Si原子最外層有四個電子,既不易失電子,也不易得電子,所以,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。主要形成四價的化合物。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地

6、球上，硅主要以熔點很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在。思考常溫下，單質(zhì)碳、硅的化學(xué)性質(zhì)都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質(zhì)（金剛石）存在，而硅卻沒有，說明了什么？單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)雖然穩(wěn)定，但硅是一種親氧元素，硅原子和氧原子的結(jié)合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸鹽中的硅氧化學(xué)鍵非常牢固，硅氧鍵一旦形成就很難被破壞，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸鹽的形式存在，主要存在與地殼的各種礦物和巖石里，沒有游離態(tài)的硅。過下面我們首先來研究一下二氧化硅的性質(zhì)和用途。板書一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )<silicon dioxide>(1) 存在講SiO2 是硅的重要化合物。地球上

7、存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的12，其存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，通稱硅石。投影并展示水晶、瑪瑙、石英坩堝、一段光纜講水晶是自然界中六方柱狀的透明晶體，瑪瑙的成分也是SiO2，它們除了一些常見的可作飾物等用途外，SiO2 在工業(yè)上用途也非學(xué)廣泛，例如，以石英為材料而制成的纖維在電信行業(yè)的應(yīng)用等。板書(2) 用途硅石結(jié)晶形：瑪瑙、石英、水晶無定形：硅藻土投影小結(jié)、制光導(dǎo)纖維、石英玻璃制化學(xué)儀器、石英表、石英鐘、水晶制光學(xué)儀器和工藝品、瑪瑙制精密軸承和裝飾品講結(jié)合已有的關(guān)于水晶、沙子主要成分也是SiO2 的知識，思考一下，SiO2的物理性質(zhì)有哪些，注意與CO2進行比較研究SiO4四面體結(jié)構(gòu)板

8、書(3) 物理性質(zhì)：熔點高，硬度大的固體、不溶于水，純凈的SiO2 晶體無色透明思考為什么SiO2與CO2的性質(zhì)上有著這么大的差別呢？講主要取決于結(jié)構(gòu)的不同。CO2是C與O通過化學(xué)鍵所連接的分子結(jié)構(gòu)，而SiO2 是SiO四面體結(jié)構(gòu)投影硅氧四面體結(jié)構(gòu)講SiO4四面體：每1個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，Si在中心,O在四個頂角. 同時每1個O原子周圍結(jié)合2個Si原子相結(jié)合。二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1,通常用SiO2 來表示二氧化硅的組成. 板書(4) 結(jié)構(gòu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)講我們說，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，SiO2 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅決定了其物理性質(zhì)的特殊性，還決定了其化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性。板書(5) 化學(xué)

9、性質(zhì)：穩(wěn)定，不活潑 具有酸性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng))與強堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3 講SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，還具有特性。比如酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，而SiO2卻能與HF反應(yīng)，這也是工業(yè)上雕刻玻璃的反應(yīng)原理板書 與HF的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 講除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、純硅時，還有一些特殊反應(yīng)投影小結(jié) 弱氧化性：SiO2+2CSi +2CO (工業(yè)上制粗硅) 與某些鹽反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO

10、2 (工業(yè)上制玻璃的主要反應(yīng))思考與交流1、實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。2、實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？NaOH溶液能與玻璃中的SiO2 反應(yīng)生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。過剛才我們提到SiO2不能溶于H2O得到相應(yīng)的酸，但它對應(yīng)的酸叫硅酸，那么硅酸是一種怎樣制得的酸呢？板書2、硅酸(H2SiO3)講H2SiO3是一種比H2CO3還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑褪色，是一種白色粉末狀的固體。板書硅酸是一種弱酸，它不溶于水，

11、不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。 問SiO2 不溶于水且不和水反應(yīng)，那么要如何制備硅酸呢？結(jié)合初中制備CO2的方法來設(shè)想一下？講初中制備CO2是利用碳酸鹽與強酸反應(yīng)，是強酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一種很弱的酸，我們是否也可以用硅酸鹽來制備呢？投影實驗P76 實驗4-1實驗4-1：向飽和Na2SiO3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀鹽酸現(xiàn)象滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸紅色消失，并有透明膠狀物質(zhì)生成結(jié)論Na2SiO3 溶液呈堿性，與酸反應(yīng)生成了H2SiO3 且H2SiO3 難溶于水化學(xué)方程式Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl 問若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4

12、 會有什么現(xiàn)象呢？板書Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 講所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。講如果對硅酸加熱，其可以分解生成SiO2 板書H2SiO3 H2O +SiO2 活動與探究硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，請利用中學(xué)實驗室常見的儀器及藥品，設(shè)計一個簡單實驗，證明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份實驗報告。分析利用CO2 溶于

13、水產(chǎn)生H2CO3 ，而H2CO3的酸性比H2SiO3 的酸性強，可以將CO2通入到Na2SiO3的溶液中。板書Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 總結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一種重要的非金屬元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性質(zhì)及用途。知道了晶瑩透明的水晶、五彩斑斕的瑪瑙與普通沙子的化學(xué)成分并沒有什么兩樣。知道了SiO2在當前信息時代、IT產(chǎn)業(yè)中的重要作用?；瘜W(xué)知識可以幫助我們認識，了解世界，我們也可以用學(xué)過的知識進行發(fā)明、創(chuàng)造，造福人類。配以多媒體圖片從感性上讓學(xué)生接觸要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。聯(lián)系生活，激發(fā)求知欲。圖片呈現(xiàn)，直觀、深刻，加深認

14、識。抽象思維，初步建立SiO2空間立體結(jié)構(gòu)。通過視頻呈現(xiàn)，使學(xué)生對SiO2的結(jié)構(gòu)的理解更深刻。提高學(xué)生信息處理能力，提高學(xué)生科學(xué)精神課題：第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角-硅(二)授課班級課 時教學(xué)目的知識與技能1、了解硅酸鹽、硅的主要性質(zhì)2、認識硅酸鹽、硅等在生產(chǎn)、信息技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用過程與方法通過硅與碳的比較學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用對比的方法來認識物質(zhì)。情感態(tài)度價值觀通過對硅酸鹽材料及硅的用途學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解新型無機非金屬材料，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。重 點硅、硅酸鹽的豐富性和多樣性難 點通過學(xué)習(xí)，掌握研究非金屬元素單質(zhì)及化合物的一般方法知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計二、硅酸鹽 (sili

15、cate)1、定義：硅酸鹽是由硅、氧、金屬所組成的化合物的總稱。2、硅酸鈉(1) 物理性質(zhì)：白色固體，易溶于水，水溶液俗稱水玻璃或泡花堿，是一種泡花堿(2) 化學(xué)性質(zhì)：相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強3、表示方法：原則：金屬氧化物（較活潑-較不活潑 ）方法： 找組成元素 寫成氧化物的形式 原子個數(shù)比不變 檢查有無遺漏三、硅( silicon) 單質(zhì)1、存在形態(tài)：有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體2、晶體結(jié)構(gòu)：正四面體形3、物理性質(zhì)：灰黑色具有金屬光澤的固體、熔點高、硬度大、質(zhì)脆、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是好的半導(dǎo)體材料。4、化學(xué)性質(zhì)(1) 常溫下的反應(yīng)：Si+2F2=SiF4 Si

16、+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2(2) 高溫下的反應(yīng)：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl45、硅的制備(1) 工業(yè)上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 電爐中 粗硅(2) 由粗硅制純硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl 教學(xué)過程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動思考SiO2與CO2在物理、化學(xué)性質(zhì)方面有哪些相似性和不同之處投影回顧CO2 SiO2 物理性質(zhì)無色無味氣體，熔沸點都很低，微溶于水，存在于空氣中灰黑色固體，熔沸點都很高，不溶于水，存在于巖石中，俗名硅石、石英、水晶，纖維、玻

17、璃、硅藻土中都大量含有化學(xué)性質(zhì)和堿性氧化物CO2+CaO=CaCO3 SiO2 +CO2 CaSiO3 和堿CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 和酸-SiO2+4HF=SiF4+2H2O 和水CO2+H2O=H2CO3 -回顧上節(jié)課我們提到，用可溶性硅酸鹽Na2SiO3來制備H2SiO3 。事實上，在自然界中，硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，大多數(shù)硅酸鹽是不溶于水的。自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦物約占地殼總質(zhì)量的5%。板書二、硅酸鹽 (silicate)1、定義：硅酸鹽是由硅、氧、金屬所組成的化合物的總稱。講硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，性

18、質(zhì)很穩(wěn)定。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉，下面我們主要研究一下硅酸鈉的性質(zhì)板書2、硅酸鈉(1) 物理性質(zhì)：白色固體，易溶于水，水溶液俗稱水玻璃或泡花堿，是一種泡花堿投影實驗P77 實驗4-2、放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象當水分蒸發(fā)后燃燒當水分蒸發(fā)后不易燃燒結(jié)論用水玻璃浸泡過的木材或織物可防火板書(2) 化學(xué)性質(zhì)：相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強講硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便記憶和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成板書3、表示方法：原則：金屬氧化物（較活潑-較不活潑 ）方法： 找組成元素 寫成氧化物的形式 原子個數(shù)比不變 檢查有無遺漏投影例、請用氧化物的形式表示下列硅酸

19、鹽的組成：硅酸鈉（Na2SiO3） 鎂橄欖石（Mg2SiO4） 高嶺土 Al2(Si2O5)(OH)4 講硅酸鹽材料具有很多優(yōu)良的性能，為我們的生活、為人類的科技進步作出了很大的貢獻。受傳統(tǒng)陶瓷某些特殊性能的啟發(fā)，科技工作者在此基礎(chǔ)上進行了一次又一次的創(chuàng)新，又研制出了許多種組成不同、性能更特殊的新型陶瓷。請大家閱讀教材P77上的科學(xué)視野。投影傳統(tǒng)硅酸鹽材料：(1) 陶瓷：日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具(2) 玻璃：(3) 水泥：以黏土和石灰石為主要原料具有特殊功能的含硅物質(zhì)：(1) 碳化硅（金剛砂）(2) 硅鋼：導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯(3) 硅橡膠(4) 分子篩：具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽(

20、5) 生物陶瓷：人造骨過雖然硅的化合物很多，隨處可見，而且從遠古時期人類就已經(jīng)學(xué)會加工和使用陶瓷，但是硅的單質(zhì)卻到很晚-18世紀上半葉才制備出來。硅別看起來灰溜溜的，它自己及化合物的作用卻大得很，大到高科技領(lǐng)域，小到我們的周圍，到處都有Si及其化合物的蹤影，當今電子工業(yè)的飛速發(fā)展，更是人們對Si的性質(zhì)的認識息息相關(guān)，本節(jié)我們就來學(xué)習(xí)Si及其化合物的有關(guān)知識。板書三、硅( silicon) 單質(zhì)1、存在形態(tài)：有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體投影展示晶體Si和晶體Si的結(jié)構(gòu)模型板書2、晶體結(jié)構(gòu)：正四面體形講晶體Si的結(jié)構(gòu)類似于金剛石的正四面體型，因此物理性質(zhì)與金剛石類似。板書3、物理性質(zhì)：灰黑色具有金屬光澤的固體、熔點高、硬度大、質(zhì)脆、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是好的半導(dǎo)體材料。講