《无机非金属材料的主角 - 硅》教案

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教 案

课题：第四章 第一节 无机非金属材料的主角------硅(一) 知识 教 学 目 的 与 技能 过程 与 方法 情感 态度 价值观 重 点 难 点 1、自主学习，培养学生自学的能力。 2、活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。 通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。 二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质) 二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容 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 授课班级 课 时 第四章 第一节 无机非金属材料的主角------硅(一) 一、二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在 (2) 用途 知 识 结 构 与 板 书 设 计 (3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明 (4) 结构：空间网状结构 (5) 化学性质：稳定，不活泼 1 具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) ○与强碱反应 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaO2、硅酸(H2SiO3) 硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。 Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3 ↓ 资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

高温 CaSiO3 2 与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O ○资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

H2SiO3 △ H2O +SiO2 教学过程 教学方法、手段、师生活动 配以多媒体图片 从感性上让学生接触要学习的内容，激起学生学习的兴趣。 教学步骤、内容 ［引入］我们生成的地球，它坚硬的地壳是由什么构成的？ 岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。 ［问］一提到硅，同学们又能想到什么呢？ 硅谷：美国新兴的高技术产业开发区,电子技术研究中心,计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端. 半导体：单晶硅是半导体器材的核心材料,硅半导体是集成电路的主要材料,估计在21世纪,硅仍然会占半导体材料的95%以上. 沙子、石英、水晶：主要成分是硅的氧化物 光导纤维:从石英玻璃熔融体中,拉出直径为100微米的细丝.再把千百根光导纤维组合并增强处理,就制成成光缆,其优点:质轻,体积小,输送距离长,保密性好,成本低. ［导入］从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都在扮演着主要的角色。今天，就让我们一同来研究一下硅的氧化物------二氧化硅及硅酸和硅酸盐的性质 。 ［板书］第四章 第一节 无机非金属材料的主角------硅(一) ［讲］硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。 ［投影］元素周期表 ［讲］位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。 其中具有代表性的是其中的两位兄长。碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有机界”。其构成的煤、石油等有机化 产品和材料是现代化的基石。而它的弟弟------硅，地壳质量的约90%， 构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤， “统治了地壳”，而当今硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。 ［思考与交流］画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化合价主要是多少？ ［讲］Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

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化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的 氧化物及硅酸盐的形式存在。 ［思考］常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有，说明了什么？ 单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。 ［过］下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。 联系生活，激发求知欲。 图片呈现，直观、深刻，加深认识。 ［板书］一、二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在 ［讲］SiO2 是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。 ［投影］并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆 ［讲］水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它 们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2 在工业上用途也非学广泛， 例如，以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等。 ［板书］(2) 用途 结晶形：玛瑙、石英、水晶 硅石 无定形：硅藻土 ［投影小结］ ①、制光导纤维 ②、石英玻璃制化学仪器 ③、石英表、石英钟 ④、水晶制光学仪器和工艺品 ⑤、玛瑙制精密轴承和装饰品 ［讲］结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2 的知识，思考一下，SiO2的物理性质有哪些，注意与CO2进行比较研究 资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

抽象思维，初步建立SiO2空间立体结构。通过视频呈现，使学生对SiO2的结构的理解更深刻。 资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

［板书］(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水， 纯净的SiO2 晶体无色透明 ［思考］为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？ ［讲］主要取决于结构的不同。CO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2 是Si—O四面体结构 ［投影］硅氧四面体结构 [SiO] ［讲］[SiO4]四面体：每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。二氧化硅 中氧原子与硅原子个数比为2：1,通常用SiO2 来表示二氧化硅的组成. ［板书］(4) 结构：空间网状结构 ［讲］我们说，结构决定性质，SiO2 的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决定了其化学性质的稳定性。 提高学生信息处理能力， 高温 ［板书］(5) 化学性质：稳定，不活泼 1 具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) ○与强碱反应 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaO 高温 CaSiO3 ［讲］SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比如酸性氧化物一般不与酸反应，而SiO2却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻璃的反应原理 2 与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4 ↑+2H2O ［板书］○［讲］除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应 ［投影小结］ 3 弱氧化性：SiO2+2C○Si +2CO↑ (工业上制粗硅) 高温 4 与某些盐反应：Na2CO3+SiO2○Na2SiO3+CO2↑ 资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

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CaCO3+SiO2 高温 CaSiO3+CO2 ↑ (工业上制玻璃的主要反应) 提高学生科学精神 ［思考与交流］1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？ HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。 2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ NaOH溶液能与玻璃中的SiO2 反应生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 ［过］刚才我们提到SiO2不能溶于H2O得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一种怎样制得的酸呢？ ［板书］2、硅酸(H2SiO3) ［讲］H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。 ［板书］硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。 ［问］SiO2 不溶于水且不和水反应，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备CO2的方法来设想一下？ ［讲］初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一种很弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢？ ［投影实验］P76 实验4-1 实验4-1：向饱和Na2SiO3 溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸 现象 滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成 结论 Na2SiO3 溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3 且H2SiO3 难溶于水 化学方程式 ［问］若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 会有什么现象呢？ Na2SiO3+2HCl==H2SiO3 ↓+2NaCl ［板书］Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3 ↓ Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3 ↓ ［讲］所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 ［讲］如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2 资料由大小学习网收集 www.dxstudy.com

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