第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角——硅
教材分析:
硅是帶來人類文明的重要元素之一,硅及其化合物是元素化合物知識(shí)的重要基礎(chǔ)知識(shí)。本節(jié)內(nèi)容不僅為形成化學(xué)基本觀念提供感性基礎(chǔ),也為了解化學(xué)與生活,化學(xué)與社會(huì)發(fā)展,化學(xué)與技術(shù)進(jìn)步之間的密切關(guān)系提供了豐富的素材。
本節(jié)的主要內(nèi)容有硅在自然界中的存在形式、二氧化硅的性質(zhì)、硅酸鹽的性質(zhì)、硅及化合物的用途。在中可采用碳和硅(同一主族相鄰的兩種元素)進(jìn)行對(duì)比,突出它們的相似性與不同性。另外多運(yùn)用日常生活中的事例進(jìn)行,聯(lián)系生產(chǎn)生活的實(shí)際,充分利用實(shí)物、模型、彩圖、實(shí)物照片等形式,增強(qiáng)教學(xué)的直觀行,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。
教學(xué)目標(biāo):
知識(shí)與技能
1、了解硅的重要化合物的主要性質(zhì),認(rèn)識(shí)硅及其化合物的主要用途。
2、聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力。
過程與方法
1、采用對(duì)比的方法,聯(lián)系碳、二氧化碳大等學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)來介紹硅、二氧化硅等新知識(shí)。
2、運(yùn)用日常生活中事例進(jìn)行教學(xué),增強(qiáng)教學(xué)的直觀性。
情感態(tài)度與價(jià)值觀
1、認(rèn)識(shí)硅及其化合物的廣泛喲鷗鳥國土,體會(huì)化學(xué)的創(chuàng)造性與實(shí)用性,并關(guān)注化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題。
2、利用實(shí)物、模型及學(xué)生自己手機(jī)的有關(guān)實(shí)物或照片,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。
3、通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
教學(xué)重點(diǎn):
二氧化硅的性質(zhì)
教學(xué)難點(diǎn):
硅酸鹽的豐富性和多樣性。
教學(xué)方法:
對(duì)比法、討論法、講授法
教學(xué)安排:(二課時(shí))
第一課時(shí):二氧化硅、硅酸
第二課時(shí):硅酸鹽、單質(zhì)硅
教學(xué)過程:(第一課時(shí))
[導(dǎo)入]美國的硅谷——位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊,圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長48公里,寬16公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界90%以上的著名半導(dǎo)體公司(思科、英特爾、惠普、朗訊、蘋果) ,而半導(dǎo)體的基本元件是硅片,所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。該地區(qū)客觀上成為美國高新技術(shù)的搖籃,
現(xiàn)在硅谷已成為世界各國半導(dǎo)體工業(yè)聚集區(qū)的代名詞。也是高新科技的象征。
[師]既然硅這么重要,那么他是如何存在,有些什么性質(zhì)呢?
[板書]§4-1無機(jī)非金屬材料的主角——硅
[師]主角,我們足以看出硅的地位。我們看課本P46 圖3-1,硅在地殼中的含量居第二,僅次與氧。
硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。
[學(xué)生活動(dòng)]看圖4-1
[師]大家在元素周期表中找到硅,并且寫出硅和碳的原子結(jié)構(gòu)示意圖。
[學(xué)生活動(dòng)]
C Si
[師]它們最外層均為四個(gè)電子,既不容易得到也不容易失去,性質(zhì)穩(wěn)定。但他們卻是不可以忽視的:碳--統(tǒng)治了有機(jī)界:碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素;硅—統(tǒng)治了無機(jī)礦物界:硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。
下面我們的學(xué)習(xí)就圍繞著碳和硅的相似性進(jìn)行學(xué)習(xí)。
[學(xué)生活動(dòng)]回顧碳的相關(guān)知識(shí)
存在 酸性氧化物 弱酸
性質(zhì)
[師]閱讀課本P74-76頁內(nèi)容,從碳的性質(zhì)總結(jié)硅、二氧化硅、硅酸的性質(zhì)。
[學(xué)生活動(dòng)]
[資料卡片] 在25℃和101kPa的條件下,由單質(zhì)生成1molCO2時(shí)放熱393.5kJ;而在同樣條件下,生成1molSiO2時(shí)放熱910.9kJ.放熱越多,其生成物通常越穩(wěn)定,可見SiO2比CO2更容易生成,而且更穩(wěn)定。
[思考] 比較碳、硅親合氧的能力及硅在自然存在形式?
[歸納] ①硅的親氧性強(qiáng)于碳的親氧性。
②因此硅元素在氧化氣氛包圍的地球上,硅主要以SiO2及硅酸鹽形式存在。
[板書]1、二氧化硅 SiO2
[師]從課本P74-75的內(nèi)容,大家對(duì)二氧化硅進(jìn)行樹型分類?
[學(xué)生思考、書寫]
[展示]二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型
[師]二氧化硅晶體,基本結(jié)構(gòu)單元是正四面體,每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O,每個(gè)O結(jié)合2個(gè)Si,形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
正是這種結(jié)構(gòu),決定了其具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)。
[思考與交流] 請(qǐng)根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用思考:
二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)?化學(xué)穩(wěn)定性如何?你的根據(jù)是什么?SiO2的這些性質(zhì)是由什么決定的?
[學(xué)生活動(dòng)]
[歸納、總結(jié)、板書]
①物理性質(zhì):熔點(diǎn)高、硬度大
②用途:建筑材料、飾品、工藝品
③化學(xué)性質(zhì):穩(wěn)定性好
[過渡]下面我們一起來看看SiO2的化學(xué)性質(zhì),玻璃的主要成分是二氧化硅和硅酸鹽,我們通過其性質(zhì),來看SiO2的性質(zhì)。
[師]我們可以用玻璃瓶來裝試劑:酸、堿、鹽,這可以看出其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不能夠跟一般的酸發(fā)生反應(yīng),除HF外。
[板書]a、不與酸反應(yīng),氫氟酸除外
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
用途:可以在玻璃上雕刻花紋等
[師]因?yàn)镠F酸可以和SiO2反應(yīng),所以HF的保存就不能使用玻璃瓶,而用塑料或橡膠瓶,我們可以用這個(gè)性質(zhì)在玻璃上雕刻花紋,量器上雕刻刻度等。
[展示]裝有NaOH的試劑瓶
[思考]一般的試劑瓶都使用玻璃瓶塞,而這個(gè)試劑瓶使用的是橡膠塞,為什么?
[思考、討論]
[總結(jié)]我們開始將CO2和SiO2比較,CO2是酸性氧化物,SiO2也是酸性氧化物,所以其具有酸性氧化物的通性,即能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。
[板書]b、與堿性氧化物反應(yīng)
C、與堿反應(yīng)
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
[師]正是因?yàn)槠淠芘cNaOH發(fā)生反應(yīng),所以其瓶塞使用的是橡膠塞。
[過渡]CO2溶于水生成H2CO3,SiO2我們知道它是不能溶于水的,它有沒有對(duì)應(yīng)的酸呢?如何制取呢?
[思考]碳酸的制取,使用的是強(qiáng)酸制弱酸的方法,那么硅酸是不是也可以使用同樣的方法獲得呢?
[探究實(shí)驗(yàn)4-1]試管中取3ml Na2SiO3溶液,滴入2滴酚酞,逐滴加入稀HCl,邊加邊振蕩,至紅色變淺并接近消失時(shí)停止。
[學(xué)生活動(dòng)]觀察、思考
[總結(jié)、歸納、板書]2、硅酸
實(shí)驗(yàn)過程:
現(xiàn)象:紅色消失,生成白色凝膠
結(jié)論:硅酸鈉轉(zhuǎn)化為硅酸
反應(yīng):Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl
[師]硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后的到多空的硅酸干凝膠,稱為“硅膠”。硅膠多空,吸附水的能力強(qiáng),常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品、瓶裝藥品的干燥劑,也可以作催化劑的載體。
[課堂練習(xí)] 1、下列各組物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)關(guān)系的比較,正確的是( )
A.溶解性:CO2
C.熔點(diǎn):SiO2 > CO2(干冰) D.硬度: SiO2
A、純堿溶液 B、鹽酸
C、硫酸 D、氫氧化鈉溶液
[總結(jié)]本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了二氧化硅的存在、用途、性質(zhì)和硅酸的制取、用途。需要重點(diǎn)掌握二氧化硅的性質(zhì)和硅酸的制取。
板書設(shè)計(jì):
§4-1無機(jī)非金屬材料的主角——硅
1、二氧化硅 SiO2
①物理性質(zhì):熔點(diǎn)高、硬度大
②用途:建筑材料、飾品、工藝品
③化學(xué)性質(zhì):穩(wěn)定性好
a、不與酸反應(yīng),氫氟酸除外
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
用途:可以在玻璃上雕刻花紋等
b、與堿性氧化物反應(yīng)
C、與堿反應(yīng)
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
2、硅酸
實(shí)驗(yàn)過程:
現(xiàn)象:紅色消失,生成白色凝膠
結(jié)論:硅酸鈉轉(zhuǎn)化為硅酸
反應(yīng):Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl
教學(xué)反思:
教學(xué)過程: (第二課時(shí))
[復(fù)習(xí)引入] 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了二氧化硅的性質(zhì)和用途和硅酸的制取用途。
對(duì)照它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,寫出相應(yīng)的方程式。
[學(xué)生活動(dòng)]書寫相關(guān)的化學(xué)方程式。
[創(chuàng)設(shè)情境]在農(nóng)田的施肥中,如何才能使 ,K+更大程度的吸收呢?聯(lián)系膠體的性質(zhì)進(jìn)行思考。
[學(xué)生活動(dòng)]閱讀P77 ,科學(xué)視野。
[師]硅酸鹽巖石長期在水和大氣中二氧化碳侵蝕下,風(fēng)化為黏土,并且形成土壤膠體。土壤膠體帶負(fù)電,與 ,K+等營養(yǎng)離子相結(jié)合,使土壤具有保肥作用。
土壤、巖石中都含有大量硅酸鹽,硅酸鹽在自然界中分布極廣,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,大多數(shù)不溶于水,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
[展示]Na2SiO3溶液
[師]SiO2與NaOH反應(yīng)生成的Na2SiO3就一種最簡單的硅酸鹽,其能夠溶于水,水溶液俗稱為水玻璃,是制備硅膠和木材防火劑的主要原料。
[實(shí)驗(yàn)4-2]取兩個(gè)濾紙片,分別浸在水和水玻璃中,取出,放在酒精燈外焰上。
[學(xué)生活動(dòng)]觀察、填表。
放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液
現(xiàn)象
結(jié)論
[師]浸泡在Na2SiO3飽和溶液的濾紙不能燃燒,所以其可以作木材的防火劑。
[師]看圖4-8 應(yīng)用廣泛的硅酸鹽產(chǎn)品
[學(xué)生活動(dòng)]閱讀課本P78-79內(nèi)容,填寫下表
[板書]
原料生產(chǎn)設(shè)備主要成分
水泥
玻璃
陶瓷
[師]以上我們介紹的是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料,現(xiàn)在非金屬材料發(fā)展迅速,出現(xiàn)了許多具有特殊功能的材料。
介紹SiC、硅鋼、硅橡膠、新型陶瓷等內(nèi)容。
[學(xué)生活動(dòng)]閱讀課本P79,單質(zhì)硅,完成下列問題。
[板書] (1)硅單質(zhì)的存在形式:有__________和 ________兩種。
(2)物理性質(zhì):________________________________________。
(3)化學(xué)性質(zhì):常溫下___________。
(4)硅的用途:高純硅是良好的_______材料,于制造集成電路、太陽能電池等。
[師]指導(dǎo)學(xué)生完成,并介紹相關(guān)內(nèi)容
[課堂練習(xí)]
1、熔融燒堿應(yīng)選用的器皿是( )
A.石英坩堝 B.普通玻璃坩堝
C.鐵制坩堝 D.陶瓷坩堝
2、生產(chǎn)水泥、普通玻璃都要用到的主要原料是( )
A.黏土 B.石灰石
C.純堿 D.石英
3、下列所列各物質(zhì)的用途中,不正確的是
A.石英砂:制玻璃、制單晶硅 B.硅膠:干燥劑、吸附劑、催化劑載體
C.碳化硅:砂紙、砂輪 D.硅酸:粘合劑、耐火材料
[總結(jié)]這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了硅酸鹽和單質(zhì)硅的相關(guān)知識(shí)。需要重點(diǎn)掌握傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料水泥、玻璃、陶瓷的原料,生產(chǎn)過程和主要成分,以及硅做半導(dǎo)體的特性的用途。
板書設(shè)計(jì):
3、硅酸鹽
原料生產(chǎn)設(shè)備主要成分
水泥
玻璃
陶瓷
4、硅單質(zhì)
(1)硅單質(zhì)的存在形式:有__________和 ________兩種。
(2)物理性質(zhì):________________________________________。
(3)化學(xué)性質(zhì):常溫下___________。
(4)硅的用途:高純硅是良好的_______材料,于制造集成電路、太陽能電池等。
教學(xué)反思:
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