最新高中化学必修1+《第四章+非金属及其化合物》全章教案：第一节+无机非金属材料的主角——硅优秀名师资料.doc
高中化学必修1 第四章 非金属及其化合物全章教案：第一节 无机非金属材料的主角硅教 案 课题:第四章 第一节 授课班级 无机非金属材料的主角-硅(一) 课 时 1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途 知识 2、了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质 与 教 技能 1、自主学习，培养学生自学的能力。 学 过程 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 与 能力、比较能力。 目 方法 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情感 的 地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。 态度 价值观 二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质) 重 点 二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容 难 点 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(SiO )<silicon dioxide> 2(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SiO 晶体2知 无色透明 识 (4) 结构:空间网状结构 结 (5) 化学性质:稳定，不活泼 构 1? 具有酸性氧化物的性质:(不溶于水且不和水反应) 与 与强碱反应 :SiO+2NaOH=NaSiO+HO 2232板 高温 书 与碱性氧化物反应:SiO+CaOCaSiO 23 设 2? 与HF的反应:SiO+4HF=SiF ?+2HO 242计 2、硅酸(HSiO) 23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。 NaSiO+2HCl=2NaCl+HSiO ? 2323NaSiO+HSO=NaSO+HSiO ? 23242423NaSiO+CO+HO=NaCO+HSiO ? 23222323? HSiO HO +SiO 2322 教学过程 教学方法、手教学步骤、内容 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, 配以多媒体图片 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,计算机生产的从感性上让学生重要基地,位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端. 接触要学习的内半导体: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容，激起学生学习料,估计在21世纪,硅仍然会占半导体材料的95%以上. 的兴趣。 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，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(SiO )<silicon dioxide> 2联系生活，激发求(1) 存在 ,讲,SiO 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知欲。 2量的12,，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。 图片呈现，直观、,投影,并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆 深刻，加深认识。 ,讲,水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO，它2们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO 在工业上用途也非学广泛，2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 抽象思维，初步建无定形:硅藻土 空间立体立SiO2 结构。通过视频呈,投影小结, 现，使学生对SiO2?、制光导纤维 的结构的理解更?、石英玻璃制化学仪器 深刻。 ?、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SiO 的知识，思考一2下，SiO的物理性质有哪些，注意与CO进行比较研究 22,板书,(3) 物理性质:熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO 晶体无色透明 2,思考,为什么SiO与CO的性质上有着这22么大的差别呢, ,讲,主要取决于结构的不同。CO是C与O2通过化学键所连接的分子结构，而SiO 是2SiO四面体结构 ,投影,硅氧四面体结构 SiO4 四面体结构 ,讲,SiO四面体:每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O4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SiO 来表示二氧化硅的组成. 2,板书,(4) 结构:空间网状结构 ,讲,我们说，结构决定性质，SiO 的网状结构不仅决定了其物理性质2的特殊性，还决定了其化学性质的稳定性。 提高学生信息处,板书,(5) 化学性质:稳定，不活泼 理能力， 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 :SiO+2NaOH=NaSiO+HO 2232高温 与碱性氧化物反应:SiO+CaOCaSiO 23 ,讲,SiO除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比如酸性2 氧化物一般不与酸反应，而SiO却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻2 璃的反应原理 2,板书,? 与HF的反应:SiO+4HF=SiF ?+2HO 242 ,讲,除此之外，SiO在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应 2 ,投影小结, 高温 3 弱氧化性:SiO+2CSi +2CO? (工业上制粗硅) 2? 高温 4 与某些盐反应:NaCO+SiONaSiO+CO? 232232? 高温 CaCO+SiOCaSiO+CO ? (工业上制玻璃的主要反应) 3232 ,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SiO 反应生成NaSiO ，使瓶塞部分粘223 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SiO不能溶于HO得到相应的酸，但它对应的酸22 叫硅酸，那么硅酸是一种怎样制得的酸呢, ,板书,2、硅酸(HSiO) 23 ,讲,HSiO是一种比HCO还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂2323 褪色，是一种白色粉末状的固体。 提高学生科学精,板书,硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，神 是一种白色粉末状的固体。 ,问,SiO 不溶于水且不和水反应，那么要如何制备硅酸呢,结合初中2 制备CO的方法来设想一下, 2 ,讲,初中制备CO是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。2 HSiO也是一种很弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢, 23 ,投影实验,P76 实验4-1 实验4-1:向饱和NaSiO 溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸 23 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 NaSiO 溶液呈碱性，与酸反应生成了HSiO 且HSiO 232323 难溶于水 化学方程NaSiO+2HCl=HSiO ?+2NaCl 2323 式 ,问,若改向NaSiO溶液中滴加HSO 会有什么现象呢, 2324 ,板书,NaSiO+2HCl=2NaCl+HSiO ? 2323 NaSiO+HSO=NaSO+HSiO ? 23242423 ,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SiO 2? ,板书,HSiO HO +SiO 2322 ,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CO 溶于水产生HCO ，而HCO的酸性比HSiO 的2232323 酸性强，可以将CO通入到NaSiO的溶液中。 223 ,板书,NaSiO+CO+HO=NaCO+HSiO ? 23222323 ,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SiO和2 HSiO，了解了SiO的重要性质及用途。知道了晶莹透明的水晶、五彩232 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SiO在当前2 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。 ,自我评价, B 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 BD 2、下列说法正确的是( ) A(SiO溶于水显酸性 2 B(CO通入水玻璃(硅酸钠的水溶液)可得硅酸 2 C(SiO是酸性氧化物，它不溶于任何酸 2C D(SiO晶体中不存在单个SiO分子 22B 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 C 4、要除去SiO 中的CaO杂质，最适宜的试剂是( ) 2 A.纯碱溶液 B 盐酸 C 硫酸 D 苛性钠溶D 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、CO 通入下列各溶液中,不可能产生沉淀的是 ( ) 2A 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 ) 教学回顾: 教 案 课题:第四章 第一节 授课班级 无机非金属材料的主角-硅(二) 课 时 知识 1、了解硅酸盐、硅的主要性质 与 教 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 技能 学 过程 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。 与 目 方法 情感 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，的 态度 培养学生热爱科学的情感。 价值观 硅、硅酸盐的丰富性和多样性 重 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 难 点 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 知 (2) 化学性质:相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀， 识 热稳定性强 结 3、表示方法: 构 原则:金属氧化物(较活泼-较不活泼 ) 与 12方法:? 找组成元素 ? 写成氧化物的形式 板 34 ? 原子个数比不变 ? 检查有无遗漏 书 三、硅( silicon) 单质 设 1、存在形态:有晶体硅和无定形硅两种同素异形体 计 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: =SiF Si+4HF=SiF?+2H ? Si+2F2442Si+2NaOH +HO = NaSiO+2H? 2232(2) 高温下的反应: 高温 高温 Si+OSiO Si+2Cl SiCl2224 5、硅的制备 (1) 工业上制粗硅 高温 SiO+ 2C Si+2CO ? 2 石英砂 焦炭 电炉中 粗硅 (2) 由粗硅制纯硅 高温 高温 Si+2Cl SiCl SiCl+2HSi+4HCl 2442 教学过程 教学方法、教学步骤、内容 手段、师生活动 ,思考,SiO与CO在物理、化学性质方面有哪些相似性和不同之处 22,投影回顾, CO SiO 22物理性质 无色无味气体，熔沸点都很灰黑色固体，熔沸点都很高，低，微溶于水，存在于空气不溶于水，存在于岩石中，中 俗名硅石、石英、水晶，纤维、玻璃、硅藻土中都大量含有 CO+CaO=CaCO 化和碱高温 23 SiO +CO CaSiO 223 学性氧性化物 质 CO+2NaOH=NaCO+HO SiO+2NaOH=NaSiO+HO 和碱 22322232- 和酸 SiO+4HF=SiF?+2HO 242CO+HO=HCO - 和水 2223,回顾,上节课我们提到，用可溶性硅酸盐NaSiO来制备HSiO 。事实2323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NaSiO饱和溶液 23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(较活泼-较不活泼 ) 12方法:? 找组成元素 ? 写成氧化物的形式 34 ? 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,NaSiO, 23镁橄榄石,MgSiO, 24高岭土 Al(SiO)(OH) 2254,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:日用器皿、建筑饰材、卫生洁具 (2) 玻璃: (3) 水泥:以黏土和石灰石为主要原料 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 ,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。 硅别看起来灰溜溜的，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，更是人们对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和晶体Si的结构模型 ,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在元素周期表中的位置仅次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F、HF和NaOH外，Si不跟其他物质起反应。 2,板书,4、化学性质 (1) 常温下的反应: Si+2F=SiF 24Si+4HF=SiF?+2H ? 42Si+2NaOH +HO = NaSiO+2H? 2232,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: 高温 Si+OSiO 22 高温 Si+2Cl SiCl24 ,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, 1? 信息技术的关健材料，半导体、晶体管、芯片。 2? 半导体性能将太阳能转换为光能的重要材料光电池 3? 硅合金 ,板书,5、硅的制备 (1) 工业上制粗硅 高温 SiO+ 2C Si+2CO ? 2 石英砂 焦炭 电炉中 粗硅 (2) 由粗硅制纯硅 高温 Si+2Cl SiCl 24 高温 SiCl+2HSi+4HCl 42 ,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! ,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 教学回顾:
