非金属材料硅2课时教案.doc

第四章 非金属及其化合物第一节 无机非金属材料的主角硅备课人祁建平 黄宇【教材分析】本节课主要介绍无机非金属材料的主角硅及其化合物的物理性质、化学性质及存在应用等。从硅及其化合物的知识体系来看，它由二氧化硅和硅酸、硅酸盐以及硅单质等三部分内容组成。在内容编排上打破常规，首先从硅的亲氧性引出硅主要存在的两种形式二氧化硅和硅酸盐，接着介绍二氧化硅的性质，再介绍硅酸、硅酸盐的一些性质，最后介绍在高新技术领域应用广泛的硅单质。【教学方法】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。【教具】多媒体电脑投影设备、必须的实验仪器和药品【课时安排】2+2第一课时 二氧化硅及硅酸； 第二课时 硅酸盐及硅；第一课时【教学目标】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【教学重点】二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质)【教学难点】二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容【教学过程】引入我们生活的地球，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%。看书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的原子结构示意图，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。主要形成正四价的化合物。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。板书一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )（silicon dioxide）(1) 存在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 在工业上用途也非常广泛，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) 用途硅石结晶形：玛瑙、石英、水晶无定形：硅藻土投影小结制光导纤维 石英玻璃制化学仪器 石英表、石英钟 水晶制光学仪器和工艺品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的性质有这么大的差别呢？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SiO四面体结构投影硅氧四面体结构SiO4四面体结构讲四面体：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。3、比较CO2与SiO2的区别（见板书设计的表格）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，不能使指示剂变色，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H2SiO3 H2O +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。【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 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)二氧化碳二氧化硅类别酸性氧化物酸性氧化物存在空气存在于岩石、沙子、硅石、石英、水晶、硅藻土中化学式的意义可表示CO2分子的组成不能表示SiO2的分子组成，仅表示SiO2中硅原子和氧原子个数之比为1：2物理性质气体，熔、沸点低，可溶于水，比空气重，不支持燃烧，不支持呼吸灰黑色固体，坚硬，不溶于水，熔、沸点高与水反应CO2+H2O=H2CO3不反应与酸反应不反应除HF外不反应4HF+ SiO2= SiF4+2H2O与盐反应CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3SiO2+Na2CO3CO2+Na2SiO3与碱反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与CaO反应CO2+CaO高温CaCO3SiO2+CaO高温CaSiO3转化Na2SiO3+2 H2O+ CO2=H4SiO4+ Na2CO3H4SiO4= SiO2+2 H2O用途饮料、制碱，做干粉灭火器光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表部件、电子元件等CO2 SiO2 物理性质无色无味气体，熔沸点都很低，微溶于水，存在于空气中灰黑色固体，熔沸点都很高，不溶于水，存在于岩石中，俗名硅石、石英、水晶，纤维、玻璃、硅藻土中都大量含有化学性质和碱性氧化物CO2+CaO=CaCO3 SiO2 +CaO CaSiO3 和碱CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 和酸-SiO2+4HF=SiF4+2H2O 和水CO2+H2O=H2CO3 - 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 H2SiO3 H2O +SiO2自我评价1、制造光导纤维的主要原料是（ ） A.晶体硅 B.二氧化硅 C.石墨 D.硅酸钠2、下列说法正确的是（）A.SiO2溶于水显酸性B.CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸C.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D.SiO2晶体中不存在单个SiO2分子3、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是( )A.烧碱溶液 B.浓硫酸 C.氢氟酸 D.碳酸钠溶液4、要除去SiO2 中的CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）A. 纯碱溶液 B. 盐酸 C. 硫酸 D. 苛性钠溶液5、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（ ）A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚 C.铁坩埚 D.陶瓷坩埚6、CO2 通入下列各溶液中,不可能产生沉淀的是 ( )A. 石灰水 B. 饱和碳酸钠溶液C. 硅酸钠溶液 D. 氯化钙溶液 若最终产生沉淀的是( BC )第二课时知识与技能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思考SiO2与CO2在物理、化学性质方面有哪些相似性和不同之处投影回顾回顾上节课我们提到，用可溶性硅酸盐Na2SiO3来制备H2SiO3 。事实上，在自然界中，硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，大多数硅酸盐是不溶于水的。自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物约占地壳总质量的5%。板书二、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。讲硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，性质很稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠，下面我们主要研究一下硅酸钠的性质板书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，是一种泡花碱投影实验P77 实验4-2、放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象当水分蒸发后燃烧当水分蒸发后不易燃烧结论用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火板书(2) 化学性质：相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强讲硅酸盐的种类很多，结构复杂，为了方便记忆和计算，常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成板书3、表示方法：原则：金属氧化物（按金属活动性顺序）方法： 找组成元素 写成氧化物的形式 原子个数比不变 检查有无遗漏投影例、请用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：硅酸钠（Na2SiO3） 镁橄榄石（Mg2SiO4） 高岭土 Al2(Si2O5)(OH)4 讲硅酸盐材料具有很多优良的性能，为我们的生活、为人类的科技进步作出了很大的贡献。受传统陶瓷某些特殊性能的启发，科技工作者在此基础上进行了一次又一次的创新，又研制出了许多种组成不同、性能更特殊的新型陶瓷。请大家阅读教材P77上的科学视野。投影传统硅酸盐材料：(1) 陶瓷：如：日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等，都以黏土为原料经高温烧结而成。(2) 玻璃：普通玻璃以纯碱、石灰石、石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。(3) 水泥：以黏土和石灰石为主要原料，在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉而得。具有特殊功能的含硅物质：(1) 碳化硅（金刚砂）(2) 硅钢：导磁性良好，用作变压器铁芯(3) 硅橡胶(4) 分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐(5) 生物陶瓷：人造骨阅读79页科学视野。过虽然硅的化合物很多，随处可见，而且从远古时期人类就已经学会加工和使用陶瓷，但是硅的单质却到很晚18世纪上半叶才制备出来。硅看起来灰溜溜的，它自己及化合物的作用却大得很，大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有Si及其化合物的踪影，当今电子工业的飞速发展，更与人们对Si的性质的认识息息相关，本节我们就来学习Si及其化合物的有关知识。板书三、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投影展示晶体Si和其结构模型板书2、晶体结构：正四面体形讲晶体Si的结构类似于金刚石的正四面体型，因此物理性质与金刚石类似。板书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。讲因为Si在元素周期表中位于金属与非金属分界线附近，因此硅有些性质与金属相似。硅的化学性质不活泼，常温下硅的化学性质很稳定，除F2、HF和NaOH外，Si不跟其他物质起反应。板书4、化学性质(1) 常温下的反应：Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2讲在高温下，Si能与O2等非金属单质发生反应板书(2) 高温下的反应：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl4讲硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制成太阳能电池，可制成有良好导磁性、耐酸性的合金。半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命。请大家阅读教材P79-80上的内容，了解一下硅的用途。投影小结 信息技术的关健材料半导体、晶体管、芯片。 半导体性能将太阳能转换为光能的重要材料光电池 硅合金板书5、硅的制备(1) 工业上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 电炉中 粗硅(2) 由粗硅制纯硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl 总结本节课我们学习了硅酸盐的重要用途及性质，了解了硅酸钠的特性耐火。知道了Si单质的重要用途。从结构上、从周期表的位置，进一步理解了Si的性质。21世纪人类所面临的重大问题之一是能源危机。而从书上我们了解到Si是具发展前景的新能源材料。同学们，随着人类对Si及其化合物的认识越来越深刻，随着科学技术的不断发展，我们有理由相信Si及其化合物对人类作出更大的贡献，给人类带来更大的惊喜!【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（按金属活动性顺序）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。4、化学性质(1) 常温下的反应：Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2(2) 高温下的反应：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl45、硅的制备(1) 工业上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 电炉中 粗硅(2) 由粗硅制纯硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl自我评价1、下列关于硅的说法不正确的是( C ) A、硅是非金属元素，它的单质是灰黑色，有金属光泽的固体 B、硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 C、硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D、加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应2、下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是( AD ) A、氧化物都能与氢氧化钠溶液反应 B、单质在加热时都能跟氧气反应 C、氧化物溶于水都生成相应的酸 D、碳和硅两种元素都有同素异型体