化学必修1《第四章元素与材料世界1硅无机非金属材》54教案教学设计 一等奖比赛优质课.docx
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化学必修1《第四章元素与材料世界1硅无机非金属材》54教案教学设计一等奖比赛优质课
无机非金属材料的主角——硅
一、教材分析
本节内容选自人教版高中《化学必修1》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。
本节重点介绍了硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐,教材在安排这些内容时,重点探讨了它们的用途,尤其是二氧化硅和硅的用途,此外,还应了解它们的物理性质,掌握二氧化硅的化学性质和硅酸的制备。
本节内容的学习既是对元素及其化合物知识学习思路的巩固,也深化了学生对结构决定性质的理解,具有重要的地位。
二、学情分析
学生在初中时就已经学习了碳及其化合物的有关知识,知道二氧化碳属于酸性氧化物,并能书写有关二氧化碳的化学反应方程式。
学生也已经学习了第三章“金属及其化合物”的内容,具备了一定的元素化合物知识。
三、教学目标
知识与技能:
1.了解硅元素在自然界中的存在形式;
2.知道二氧化硅的性质;
3.了解硅酸的性质及制法,了解硅酸钠的性质;
4.知道硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域的应用。
过程与方法:
1.学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性。
2.建构“结构——性质——用途”的思维模式。
情感态度与价值观:
感受化学给现代人类文明进程所带来的重大影响,发展学习化学的兴趣,提高社会责任感。
四、教学重难点
二氧化硅的性质与硅酸的制备
五、教学方法:
教法:
启发引导法、讲授法
学法:
实验探究法、自主学习法、合作学习法
六、教学过程
[导入]同学们,从今天开始,我们将开启新的一章,进入对无机非金属的学习。
【图片展示】华山、沙滩、土壤。
硅在地壳中含量丰富,仅次于氧,排在第二位。
硅的氧化物及其硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。
硅在无机非金属材料中扮演着主要的角色。
今天就让我们一起学习硅及其化合物。
[讲]在学习金属及其化合物的时候,我们的一般思路都是金属单质-氧化物-氢氧化物-典型的盐,其实,在学习非金属的时候我们也遵循这样一条主线即非金属单质-氧化物-对应的酸-典型的盐,不同的是有时候我们还要学习它的氢化物。
在硅的学习中,Si-SiO2-H2SiO3
Na2SiO3,
其实硅也有它的氢化物,SiH4,写到这大家有没有发现它和我们之前学过的一个元素挺像的?
对,就是碳。
CH4-C-CO2/CO-H2CO3-Na2CO3/NaHCO3,太像了,简直就像双胞胎,有没有?
是巧合还是命中注定?
我们知道物质的化学性质与它的原子结构息息相关,我们一起画一下它们的原子结构示意图。
[讲]我们发现Si原子的最外层有四个电子,与碳一样,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。
与碳相似,单质硅也有晶体和无定形两种。
[板书]
一、
硅单质
1、存在形态:
晶体和无定形
[投影]展示晶体Si和晶体Si的结构模型
[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,它是灰黑色具有金属光泽的固体、熔点高、硬度大、质脆。
[板书]
2、晶体结构:
正四面体形
3、物理性质:
类似金刚石
[讲]硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。
[板书]3、物理性质:
半导体。
[讲]因此,硅可用来制造半导体器件,半导体晶体管及芯片的出现,促进了信息技术革命。
此外,它还可以制成太阳能电池,将太阳能转化为电能等等。
[板书]5、用途:
芯片、太阳能电池
补4、化学性质:
不活泼。
【过渡】刚才我们一起学习了硅单质。
其实硅是一种亲氧元素,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。
[过]下面我们首先来研究一下二氧化硅。
[板书]
二、二氧化硅
[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,统称硅石。
[板书]1.存在形态:
结晶、无定形
[投影]水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆
[讲]石英晶体是结晶的二氧化硅,石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶,具体彩色环带状或层状的称为玛瑙,它们可用作装饰物。
SiO2在工业上用途也非常广泛,例如,沙子仍然是基本的建筑材料,石英光导纤维就是信息高速公路的骨架。
[板书]2.用途
[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。
[板书]3.物理性质:
熔点高,硬度大的固体、不溶于水。
[思考]为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢?
[讲]我们还是从结构入手。
展示干冰和二氧化硅晶体结构。
CO2是分子结构,而SiO2的基本单元是四面体结构。
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。
形成空间网状结构。
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。
注意:
二氧化硅是原子晶体。
所以与二氧化碳物理性质差别大。
[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。
猜想它的化学性质也应该是不活泼的。
[板书]5.化学性质:
稳定,不活泼
[讲]二氧化硅化学性质与二氧化碳类型,是酸性氧化物
①与强碱反应:
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
②与碱性氧化物反应:
SiO2+CaO
高温
CaSiO3
[讲]SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外,还具有特性。
雕刻玻璃。
[板书]③与HF反应:
SiO2+4HF==SiF4↑
+2H2O
[讲]除此之外,SiO2制硅。
[板书]
④制硅:
SiO2+2C
高温
Si
+2CO↑
(工业上制粗硅)
[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,但它对应的酸硅酸是怎样制得的呢?
[板书]三、硅酸
[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。
[问]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?
[实验]实验
4-1:
向饱和
Na2SiO3溶液中滴入酚酞,再滴入稀盐酸。
至红色变浅并接近消失时停止。
现象:
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
[板书]
1.制备Na2SiO3+2HCl==H2SiO3
↓
+2NaCl
[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。
[用途]
2.制备硅胶
[回顾]
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。
[板书]
四、
硅酸盐
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
[投影实验]实验4-2:
小木条放入蒸馏水,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,热稳定性强
(3)用途:
制硅酸、木材防火剂
[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
)
方法:
①找组成元素
②写成氧化物的形式
③原子个数比不变
④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。
请大家阅读教材
P77
上的科学视野。
[投影]4.硅酸盐材料:
(1)传统:
陶瓷、玻璃、水泥
(2)特殊功能材料:
碳化硅(金刚砂)、硅钢、硅橡胶、分子筛、生物陶瓷等。
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