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如皋市金城高中•吴健=w7619786第1页共11页Chapter7硅和硅酸盐工业§7-1碳族元素江苏省如皋市金城高级中学吴健教学目标1.使学生了解碳族元素的性质及其规律2.使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同族元素性质及其递变规律的方法，并运用这些知识学习碳族元素及其化合物的知识。3.培养学生的总结、思考、判断能力。教学重点碳族元素递变规律，硅和二氧化硅的化学性质教学难点以碳族元素知识为载体，培养学生归纳、运用、迁移知识的能力。课时安排2课时教学方法引导、探究、自学、对比、练习教具准备投影仪炭块、有划痕的罐头瓶盖、镊子、两条干燥的布条或线绳(其中一条在硅酸钠溶液中预先浸过)、酒精灯、火柴第一课时［引言］请大家看课本彩图中的硅单质照片。并展示晶体硅（半导体收音机中有）［导入新课］别看它看起来灰溜溜，它自己及它的化合物的作用却是大得很。大到高科技领域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速发展，更是与人们对硅的性质的认识息息相关。本章，我们就来学习硅及硅酸盐工业，同时了解几种新型无机非金属材料。［板书］第七章硅和硅酸盐工业［师］(用镊子取一块炭展示给学生)它和硅是兄弟关系，它就是我们初中学过的炭！请大家写出碳和硅的原子结构示意图，并说明它们的异同。［学生活动后回答］碳和硅的原子序数不同，电子层数不同，但最外层电子数相同。［提问］说出它们在周期表中的位置。（碳位于第二周期第ⅣA族，硅位于第三周期第ⅣA族。）［小结］也即它们在元素周期表中的关系是不同周期、同主族。［泛问］那么，与碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序数分别是多少呢？请大家根据各周期元素的种类数进行推断。［学生推测后回答］它们的原子序数分别是：325082。［师］很正确。查一下元素周期表，默写它们的元素符号，并叫出它们的名称。［生］它们分别是锗、锡、铅。［问］把它们编制在同一主族的依据是什么？［生］因为它们的最外层电子数都是4。［师］很好。由于硅、锗、锡、铅都位于周期表的第ⅣA族，且它们都和碳一样，最外层有4个电子。因此，我们把它们统称为碳族元素。如皋市金城高中•吴健=w7619786第2页共11页［板书］第一节碳族元素一、碳族元素碳硅锗锡铅CSiGeSnPb［过渡］本节课我们先来认识一下碳族元素，然后在此基础上学习硅及其化合物的知识。［问］大家能否根据碳族元素的汉字名称推测出它们哪些是金属，哪些是非金属呢？［生］碳、硅为非金属，锗、锡、铅为金属。［师］(展示罐头瓶盖)大家看，该瓶盖的里面是铁，外面所镀的这一薄层金属，就是锡。它起保护内层金属的作用，因为它在常温下不与空气中的氧气作用。第ⅣA族元素中，碳是典型的非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。这说明大家的推测是正确的。由于硅和锗在元素周期表中位于金属和非金属分界线附近，所以常用来做半导体材料。［问］碳族元素的原子结构有什么异同？［生］原子序数和电子层数不同，最外层电子数相同。［板书］1.结构特点：原子序数和电子层数不同最外层电子数相同［师］碳族元素结构上的这种异同，也导致了它们性质的异同。请大家根据所学元素周期律的知识，填写下表。［投影展示］碳族元素性质的递变规律元素符号CSiGeSnPb原子序数原子半径的变化趋势金属性与非金属性的变化趋势最高正价最高价氧化物化学式最高价氧化物的水化物的化学式及酸碱性强弱氢化物的化学式及稳定性强弱［上表可由学生回答，教师填写完成］［师］注意，碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。［答案］如皋市金城高中•吴健=w7619786第3页共11页614325082逐渐增加非金属性减弱、金属性增强+4+4+4+4+4CO2SiO2GeO2SnO2PbO2H2CO3H2SiO3Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4酸性减弱、碱性增强CH4SiH4——————稳定性减弱［师］从上表可以看出，碳族元素随着核电荷数的递增，其性质呈现规律性的变化。［板书］2.性质递变规律［师］它们在周期表中从上到下，元素的原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性向金属性递变的趋势很明显。但由于碳族元素处于容易失去电子的碱金属与容易得到电子的卤素的中间位置，这决定了它们得失电子的能力都较弱，一般容易形成共价化合物。［板书］(1)非金属性向金属性递变的趋势明显，易形成共价化合物。［师］碳族元素的化合价除了+4价外，还有+2价。其中，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。因此，+4价的铅(如PbO2)在参加化学反应时，往往会得电子而被还原成+2价的化合物，它本身是强氧化剂。［板书］(2)主要化合价+4、+2Pb的+2价稳定［投影例题］1.如果发现114号新元素(位于第七周期ⅣA族)，下列有关X可能具有的性质合理的是A.X是非金属元素B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定C.XO2具有强氧化性D.X有稳定的氢化物解析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同，即为+2价，所以XO比XO2稳定。+4价的X易得电子变成+2价，所以XO2具有强氧化性。X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。答案：BC2.课本上说“……碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。”如皋市金城高中•吴健=w7619786第4页共11页(1)根据上一句话判断：锡的+2价化合物(如SnCl2)应具有较强的性，铅的+4价化合物应具有较强的性。(2)Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3的形式，根据化合价规律和这种书写方法，若将Pb3O4用上述形式表示，其化学式可写为。(3)PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2，该反应的化学方程式为。解析：(1)关键要理解锡的+4价化合物是稳定的，因而+2价化合价不稳定，容易转变为+4价化合物，而显示较强的还原性；同理，铅的+4价化合物具有较强的氧化性。(2)铅的两种常见化合价中，+2价稳定，+4价不稳定，易得电子被还原。题中信息表明，Fe3O4中有+2、+3两种价态的铁元素。思维迁移到Pb3O4中铅的化合价+2价和+4价。仿照上述形式的写法，将Pb3O4写成2PbO·PbO2，此化合物中正负化合价的代数和为零。(3)PbO2与浓盐酸反应，已知浓盐酸的氧化产物是Cl2，则PbO2的还原产物必然是+2价的化合物，这里应是PbCl2，另有H2O生成。(注：此处也可将MnO2与浓盐酸的反应迁移，即可写出PbO2与浓盐酸反应的化学方程式)答案：(1)还原、氧化(2)2PbO·PbO2(3)PbO2+4HClPbCl2+Cl2↑+2H2O［师］下面，我们可通过下表来认识一下碳族元素单质的物理性质。［板书］3.单质的物理性质［投影展示］碳族元素及其单质的一些重要性质元素名称元素符号原子半径主要化合价单质的性质颜色、状态密度熔点沸点nmg·cm-3℃℃碳C0.077+2,+4金刚石：无色固体石墨：灰黑色固体3.512.2535503652～3697(升华)48274827硅Si0.117+2,+4晶体硅：灰黑色固体2.32～2.3414102355锗Ge0.122+2,+4银灰色固体5.35937.42830锡Sn0.141+2,+4银白色固体7.28231.92260铅Pb0.175+2,+4蓝白色固体11.34327.51740［师］从上表可看出，实验测出的碳族元素原子半径的递变规律与我们根据原子核外电子排布预测的是一致的。碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔、沸点逐渐降低，锡的熔、沸点较特殊，这与其成键情况及空间结构有关系。［问］碳元素形成的单质，在表上列出了金刚石和石墨两种，它们与碳元素的关系是什么？［生］它们都是碳元素的同素异形体。［师］对。不过，碳元素的同素异形体不止两种，还有C60、C70等等。请同学们阅读课本P148“C60及其应用前景”［学生阅读］如皋市金城高中•吴健=w7619786第5页共11页［板书］4.C60简介［师］从阅读材料里我们可以看出，碳元素除了金刚石和石墨外，还有多种同素异形体，在已发现的碳族成员如C50、C60、C70、C84……中C60是最稳定的。C60可以形成各种化合物，可用作高温润滑剂、耐热和防火材料等。目前，将C60应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断地深入。C60分子的结构是足球状的，是由20个正六边形和12个正五边形呈一定弧度一个接一个地排列成的一个球体分子。它的结构是由英国科学家克罗托教授最先设想出来的。在他为了这个大大的“碳分子”的结构而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的时候，是著名建筑学家布克曼斯特·富勒设计的一个球形模型给了他灵感。所以，他又把自己设计的这种新的碳分子的结构，称为“富勒笼球”。C60及一系列碳族分子的发现，是化学发展史上一件具有划时代意义的大事。为了表彰这一重大科学成就，1996年的诺贝尔化学奖授给了克罗托和另外两位对C60的发现作出贡献的科学家——美国赖斯大学的化学教授柯尔和斯莫利。［投影练习］1.下列气态氢化物中最不稳定的是A.CH4B.NH3C.SiH4D.H2S答案：C2.下列关于碳族元素的叙述正确的是A.单质都是无色晶体B.随着原子序数的增加，单质的熔点逐渐升高C.由碳到铅，ⅣA族元素最高氧化物对应的水化物酸性逐渐增强D.除铅以外其他元素的+4价化合物是稳定的答案：D3.近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60，下列说法正确的是A.C60是一种新型化合物B.C60和石墨都是碳的同素异形体C.C60在纯氧中充分燃烧只生成惟一产物CO2D.C60的摩尔质量为720答案：BC［小结］本节课我们学习了碳族元素的结构特点及随着原子序数的递增，其性质递变的规律，同时还认识了碳元素的另一种同素异形体——C60。［布置作业］1.复习初中所学碳及其化合物的知识。2.预习硅及其化合物的知识。3.课本习题一1、2。［参考练习］1.某ⅣA族元素的气态氢化物含氢12.5%，该元素的相对原子质量是A.12B.14C.28D.72.6答案：C2.下列说法中不正确的是A.硅和锗都是重要的半导体材料B.硅酸的酸性比碳酸还要弱如皋市金城高中•吴健=w7619786第6页共11页C.SiH4的稳定性比PH3的差D.CH4稳定性比NH3强答案：D3.某些保健品中含有的锗(Ge)元素，位于周期表中的第四周期第ⅣA族。有关锗的叙述正确的是A.锗的原子序数为34B.锗的金属性比锡强C.Ge可形成Na2GeO3的盐D.单质锗是半导体材料答案：CD教学后记1、第二课时［引言］上节课我们系统地介绍了碳族元素的结构特点及性质递变规律，本节课我们重点来学习碳族元素中的硅及其化合物的有关知识。［板书］二、硅及其化合物［过渡］首先，我们来认识一下元素含量居于自然界第二的硅单质的性质。［板书］1.硅(Si)［师］请大家阅读课本P149的第一、二自然段，总结出硅的存在形态、结构特点、物质性质等方面的内容。［学生阅读］［问］硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？［生］硅以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。［问］硅有几种同素异形体？分别是什么？［生］硅有晶体