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1、
《無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅》第一課時(shí)參考教案
教
學(xué)
目
的
知識(shí)
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(guò)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(dòng)探究,通過(guò)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(jià)值觀(guān)
通過(guò)了解材料發(fā)展的歷史與前景,使學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)在材料科學(xué)中的重要地位,體會(huì)化學(xué)的創(chuàng)造性和實(shí)用性,激發(fā)對(duì)化學(xué)科學(xué)的興趣。
重 點(diǎn)
二氧化硅的性質(zhì)(尤其是作為酸性氧化物的性質(zhì))
難 點(diǎn)
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(shí)
結(jié)
構(gòu)
與
板
書(shū)
設(shè)
計(jì)
第四章 第一節(jié) 無(wú)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(diǎn)高,硬度大的固體、不溶于水,純凈的SiO2 晶體無(wú)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(guò)程
教學(xué)步驟、內(nèi)容
教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng)
[引入]我們生成的地球,它堅(jiān)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(wèn)]一提到硅,同學(xué)們又能想到什么呢?
硅谷:美國(guó)新興的高技
4、術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū),電子技術(shù)研究中心,計(jì)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:?jiǎn)尉Ч枋前雽?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(jì)在21世紀(jì),硅仍然會(huì)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(diǎn):質(zhì)輕,體積小,輸送距離長(zhǎng),保密性好,成本低。
[導(dǎo)入]從古至今,在無(wú)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(lái)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(shū)]第四章 第一節(jié) 無(wú)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(zhǎng)列上的是碳族,這一族可謂是豪門(mén)望族。其中具有代表性的是其中的兩位兄長(zhǎng)。碳,形成了無(wú)數(shù)種構(gòu)成人類(lèi)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(lèi)生活日新月異。
[思考與交流]畫(huà)出C、Si的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jià)主要是
6、多少?
[講]Si原子最外層有四個(gè)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(jià)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(diǎn)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(méi)有,說(shuō)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(méi)有游離態(tài)的硅。
[過(guò)]下面我
7、們首先來(lái)研究一下二氧化硅的性質(zhì)和用途。
[板書(shū)]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(wú)定形兩大類(lèi),通稱(chēng)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(jiàn)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(shū)](2) 用途
硅石
結(jié)晶形:瑪瑙、石英、水晶
無(wú)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(shí),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(shū)](3) 物理性質(zhì):熔點(diǎn)高,硬度大的固體、不溶于水,純凈的SiO2 晶體無(wú)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(guò)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(gè)Si原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)O原子,Si在中心,O在四個(gè)頂角. 同時(shí)每1個(gè)O原子周?chē)Y(jié)合2個(gè)Si原子相結(jié)合。二氧化硅中氧原子與硅原子個(gè)數(shù)比為2:1,通常用SiO2 來(lái)表示二氧化硅的組成.
[板書(shū)](4) 結(jié)構(gòu):空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
[講]我們說(shuō),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(shū)](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(shū)]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(shí),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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wú)法打開(kāi)。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。
[過(guò)]剛才我們提到SiO2不能溶于H2O得到相應(yīng)的酸,但它對(duì)應(yīng)的酸叫硅酸,那么硅酸是一種怎樣制得的酸呢?
[板書(shū)]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(shū)]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(wèn)]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(lái)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(lái)制備呢?
[投影實(shí)驗(yàn)]P76 實(shí)驗(yàn)4-1
實(shí)驗(yàn)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(wèn)]若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4 會(huì)有什么現(xiàn)象呢?
[板
13、書(shū)]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(shí),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(chēng)為“硅膠”。硅膠多孔,吸附水分能力強(qiáng),常用做實(shí)驗(yàn)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(duì)硅酸加熱,其可以分解生成SiO2
[板書(shū)]H2SiO3 H2O +SiO2
[活動(dòng)與探究]硅酸是一種比碳酸還要弱的酸,請(qǐng)利用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器及藥品,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),證明硅酸的酸性比碳酸
14、弱,并完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shū)]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(méi)有什么兩樣。知道了SiO2在當(dāng)前信息時(shí)代、IT產(chǎn)業(yè)中的重要作用?;瘜W(xué)知識(shí)可以幫助我們認(rèn)識(shí),了解世界,我們也可以用學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行發(fā)明、創(chuàng)造,造福人類(lèi)。
[自我評(píng)價(jià)]
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(shuō)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(gè)SiO2分子
3、下列物質(zhì)中,不能用玻璃瓶來(lái)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(shí)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(guān)、深刻,加深認(rèn)識(shí)。
抽象思維,初步建立SiO2空間立體結(jié)構(gòu)。通過(guò)視頻呈現(xiàn),使學(xué)生對(duì)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
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