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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2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)（silicondioxide）(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［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［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？硅石结晶形：玛瑙、石英、水晶无定形：硅藻土3［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］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↑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。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[SiO4]四面体结构4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)silicondioxide(1)存在5(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○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↑CaCO3+SiO2高温CaSiO3+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+Na2CO3△CO2↑+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+2H2O+CO2====H4SiO4+Na2CO3H4SiO4=====SiO2+2H2O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CO2SiO2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62、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