高中化学41无机非金属材料的主角硅教案新人教版必修1.docx

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高中化学41无机非金属材料的主角硅教案新人教版必修1

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅

课题：

第四章第一节

无机非金属材料的主角------硅

（一）

授课班级

课时

1课时

教

学

目

的

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、认识物之间既有相似性，又有各自的特性

过程

与

方法

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。

情感

态度

价值观

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。

重点

二氧化硅的性质（尤其是作为酸性氧化物的性质）和硅酸的性质

难点

培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力

知

识

结

构

与

板

书

设

计

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

（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

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+CaOCaSiO3

与HF的反应：

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

2、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↓

H2SiO3H2O+SiO2

教学过程

教学步骤、内容

教学方法、手段、师生活动

［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.

别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。

例：

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，主要存在与地壳的各种矿物和岩石里，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。

［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

［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

［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

［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。

［板书］（5）化学性质：

稳定，不活泼

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+CaOCaSiO3

［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

［板书］与HF的反应：

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

［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］

弱氧化性：

SiO2+2CSi+2CO↑（工业上制粗硅）

与某些盐反应：

Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑（工业上制玻璃的主要反应）

［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

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl

［问］若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4会有什么现象呢？

［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

［板书］H2SiO3H2O+SiO2

［活动与探究］硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。

［分析］利用CO2溶于水产生H2CO3，而H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，可以将CO2通入到Na2SiO3的溶液中。

［板书］Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓

［总结］本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性质及用途。

知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。

知道了SiO2在当前信息时代、IT产业中的重要作用。

化学知识可以帮助我们认识，了解世界，我们也可以用学过的知识进行发明、创造，造福人类。

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。

联系生活，激发求知欲。

图片呈现，直观、深刻，加深认识。

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。

提高学生信息处理能力，

提高学生科学精神

课题：

第四章第一节

无机非金属材料的主角------硅

（二）

授课班级

课时

教

学

目

的

知识

与

技能

1、了解硅酸盐、硅的主要性质

2、认识硅酸盐、硅等在生产、信息技术、材料科学等领域的应用

过程

与

方法

通过硅与碳的比较学习，引导学生学会运用对比的方法来认识物质。

情感

态度

价值观

通过对硅酸盐材料及硅的用途学习，使学生了解新型无机非金属材料，培养学生热爱科学的情感。

重点

硅、硅酸盐的丰富性和多样性

难点

通过学习，掌握研究非金属元素单质及化合物的一般方法

知

识

结

构

与

板

书

设

计

二、硅酸盐（silicate）

1、定义：

硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。

2、硅酸钠

（1）物理性质：

白色固体，易溶于水，水溶液俗称水玻璃或泡花碱，是一种泡花碱

（2）化学性质：

相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，

热稳定性强

3、表示方法：

原则：

金属氧化物（较活泼------较不活泼）

方法：

找组成元素写成氧化物的形式

原子个数比不变检查有无遗漏

三、硅（silicon）单质

1、存在形态：

有晶体硅和无定形硅两种同素异形体

2、晶体结构：

正四面体形

3、物理性质：

灰黑色具有金属光泽的固体、熔点高、硬度大、质脆、导电性介于导体和绝缘体之间，是好的半导体材料。

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