教案 课题:第四章第一节 授课班 无机非金属材料的主角l(一) 知识 了解硅在自然界中的含量、存在、用途 教|与|2、了解二氧化硅的物理性质,掌握二氧化硅的化学性质 技能 学过程 自主学习,培养学生自学的能力。 与|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 目方法能力、比较能力 情感 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 的态度地位,体会化学的创造性和实用性,激发对化学科学的兴趣 价值观 重点 二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质) 难点 二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容 第四章第一节无机非金属材料的主角—硅(一) 二氧化硅和硅酸 1、二氧化硅SiO2) silicon dioxide> (1)存在 (2)用途 知()物理性质:熔点高,硬度大的固体、不溶于水,纯净的SO晶体 识|无色透明 结(结构:空间网状结构 构(5)化学性质:稳定,不活泼 与|0具有酸性氧化物的性质:(不溶于水且不和水反应 板与强碱反应:SiO2+2NaOH=Na2SO2+O 书与碱性氧化物反应:SO2CaO画csO 设计 Q与HF的反应:SO2+4HF=SF4↑+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+2HCH=2NaCHH2 SiO3 Na2SiO3H,SO4==Na2 SO4+H,SiO3 Na2SiO3+CO+H20==Na2 CO3+H2 SiO3
1 教 案 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 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 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) 难 点 二氧化硅的存在等 STS 关注的拓展性学习内容 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 )<silicon dioxide> (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 ○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 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaO 高温 CaSiO3 ○2 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 ↓
H,SiO H,O+SiOz 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? 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263% [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? (+6)24(+14284 [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
2 H2SiO3 △ H2O +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. 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 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
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(SiO2) < silicon dioxide> (1)存在 联系生活,激发求 [讲]SO2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 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 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 结晶形:玛瑙、石英、水晶 硅石 无定形:硅藻土 抽象思维,初步建 立SiO2空间立体 投影小结] 结构。通过视频呈 ①、制光导纤维 现,使学生对SO ②、石英玻璃制化学仪器 的结构的理解更 ③、石英表、石英钟 深刻 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SO2的知识,思考 下,SiO2的物理性质有哪些,注意与CO2进行比较研究
3 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(SiO2 )<silicon dioxide> (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 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。 硅石 结晶形：玛瑙、石英、水晶 无定形：硅藻土
[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 SiO四面体结构 [投影]硅氧四面体结构 Si-o-si-o-si ◎8-0放 图1平面结构 图2空间结构 表示硅原子 [讲]SO]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SO2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 提高学生信息处 ①具有酸性氧化物的性质:(不溶于水且不和水反应) 理能力 与强碱反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应:SiO2+CaO CasiO3 [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SiO却能与HF反应,这也是工业上雕刻玻 璃的反应原理 [板书]②与HF的反应:SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O 讲]除此之外,SiO在制水泥、玻璃、纯硅时,还有一些特殊反应 [投影小结] ③弱氧化性:SO+2C影+20↑(工业上制粗硅) ④与某些盐反应:Na2CO+SO2高温Na2SiO+CO2↑
4 ［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 ○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 ：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 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。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］○2 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］ ○3 弱氧化性：SiO2+2C 高温 Si +2CO↑ (工业上制粗硅) ○4 与某些盐反应：Na2CO3+SiO2 高温 Na2SiO3+CO2↑ 提高学生信息处 理能力， [SiO4] 四面体 结构
CaCO+SiOz CaSiO3+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 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]HSiO3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,提高学生科学精 神 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Na2SO3溶液呈碱性,与酸反应生成了H2SiO3且H2SO3 难溶于水 化学方程|Na2SO+2HCl=HSfO34+2NaC 式 问]若改向 Na, SiO3溶液中滴加H2SO4会有什么现象呢? 板书]Na2SiO3+2HC=2 NacH2SiO3↓ Na2 SiO3+H2 SO4==Na2SO4+H2SiO3 [讲]所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体一硅酸溶胶,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SO2
5 CaCO3+SiO2 高温 CaSiO3+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 提高学生科学精 神