《無機(jī)非金屬材料的主角——硅》第一課時參考教案

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1、 《無機(jī)非金屬材料的主角——硅》第一課時參考教案 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) 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(rèn)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)) 難 點 二氧化硅的存在等STS關(guān)注的拓展

2、性學(xué)習(xí)內(nèi)容 知 識 結(jié) 構(gòu) 與 板 書 設(shè) 計 第四章 第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角------硅 一、二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅(SiO2 ) (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 ①具有酸性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng)) 與強(qiáng)堿反應(yīng) ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3 ②與HF的反應(yīng)：SiO2+4HF==SiF4

3、 ↑+2H2O 2、硅酸(H2SiO3) 硅酸是一種弱酸，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

4、術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計算機(jī)生產(chǎn)的重要基地,位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端. 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(jì),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(xì)絲.再把千百根光導(dǎo)纖維組合并增強(qiáng)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(jī)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(jī)非

5、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(jī)物，“統(tǒng)治了有機(jī)界”。其構(gòu)成的煤、石油等有機(jī)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(dāng)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

6、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，沒有游離態(tài)的硅。 ［過］下面我

7、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 ) (1) 存在 ［講］SiO2 是硅的重要化合物。地球上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

8、土 ［投影小結(jié)］ ①、制光導(dǎo)纖維 ②、石英玻璃制化學(xué)儀器 ③、石英表、石英鐘 ④、水晶制光學(xué)儀器和工藝品 ⑤、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(jìn)行比較研究 ［板書］(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Si—O四面體結(jié)構(gòu) [SiO4]四面體結(jié)構(gòu) ［投影］硅氧四面體結(jié)構(gòu) ［講］

9、[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)性質(zhì)：穩(wěn)定，不活潑 ①具有酸性氧化物的性質(zhì)：(不溶于水且不和水反應(yīng)) 與強(qiáng)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

10、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］②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)］ ③ 弱氧化性：SiO2+2CSi +2CO↑ (工業(yè)上制粗硅) ④ 與某些鹽反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 ↑ (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

11、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，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

12、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(qiáng)酸反應(yīng)，是強(qiáng)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 會有什么現(xiàn)象呢？ ［板

13、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(qiáng)，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

14、弱，并完成一份實驗報告。 ［分析］利用CO2 溶于水產(chǎn)生H2CO3 ，而H2CO3的酸性比H2SiO3 的酸性強(qiáng)，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(dāng)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(rèn)識，了解世界，我們也可以用學(xué)過的知識進(jìn)行發(fā)明、創(chuàng)造，造福人類。 ［自我評價］ 1、制造光導(dǎo)纖維的主要原

15、料是（ ） A.晶體硅 B.二氧化硅 C.石墨 D.硅酸鈉 2、下列說法正確的是（　?。? A．SiO2溶于水顯酸性 B．CO2通入水玻璃(硅酸鈉的水溶液）可得硅酸 C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D．SiO2晶體中不存在單個SiO2分子 3、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來盛裝的是( ) A.燒堿溶液 B.濃硫酸 C.氫氟酸 D.碳酸鈉溶液 4、要除去SiO2 中的CaO雜質(zhì)，最適宜的試劑是（ ） A.純堿溶液 B 鹽酸 C 硫酸 D 苛性鈉溶液 5

16、、加熱熔融燒堿時應(yīng)使用下列哪種坩堝（ ） A.石英坩堝 B.普通玻璃坩堝 C.鐵坩堝 D.陶瓷坩堝 6、CO2 通入下列各溶液中,不可能產(chǎn)生沉淀的是 ( ) A 石灰水 B 飽和碳酸鈉溶液 C 硅酸鈉溶液 D 氯化鈣溶液 若最終產(chǎn)生沉淀的是( ) 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。

17、 聯(lián)系生活，激發(fā)求知欲。 圖片呈現(xiàn)，直觀、深刻，加深認(rèn)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 B BD C B C D BC 8 / 8