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第一節 無機非金屬材料的主角—硅(1)


2015-10-19 15:11:40   來源:   撰稿:董嘯   攝影攝像:    ;  評論:0 點擊:

第一節 無機非金屬材料的主角—硅(1) 三維目標:

第一節  無機非金屬材料的主角硅(1

三維目標:

 

 

了解硅元素在自然界中的存在形式及二氧化硅的性質;

知識與技能:

了解硅酸的性質及制法,了解硅酸鈉的性質;

 

知道硅、二氧化硅的在信息技術、材料等領域的應用。

過程與方法:

①自主學習,培養學生的自學能力。

 

②通過硅與碳比較,培養學生歸納能力、比較能力。

情感、態度

①通過硅及其用途的學習使學生熱愛自然,熱愛化學。

與價值觀

②培養學生學習元素化合物知識的正確方法。

教學重點:

二氧化硅的主要化學性質

教學難點:

二氧化硅晶體結構

教學方法:

系生產和生活實際,激發學生的學習興趣

教學準備:

多媒體課件

教學過程:

第一課時

【引言】在上一章我們已經學習了金屬及其化合物的知識,我們知道,在已經發現的一百多種元素中,金屬占了大約80%,除稀有氣體外,非金屬元素只有十多種,它們大都位于元素周期表的右上部。本章我們將要分別學習硅、氮、硫、氯這四種元素及其所形成的化合物的知識,這些元素的化合物的性質與人類社會有密切的關系。

 第四章    非金屬元素及其化合物

【過渡】這節課我們首先來學習一種非常重要的無機非金屬材料硅。

【板書】第一節   無機非金屬材料的主角——

[圖片展示]第一組:巖石、沙子、土壤;第二組:水晶、瑪瑙、石英光導纖維;第三組:陶瓷、玻璃、水泥;第四組:U盤、硅太陽能電池、計算機芯片。

【過渡】通過以上關于硅的精美圖片,我們不難發現,硅及其化合物在非金屬材料和信息技術等領城,在建筑、通信、光電技術及航空航天等方面有廣泛的應用,在社會發展歷程中、國民經濟中、信息化社會中扮演了重要的角色。

【問題】請簡要閱讀課文第一自然段后回答課文標題中無機非金屬材料的主角-”“主角兩個字在這里的涵義是什么?(學生回答:硅含量僅次于氧,硅的氧化物和硅酸鹽構成地殼的主要部分。展示:硅在地殼中的含量。)

[講述]硅在地殼中的含量為26.3%,硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中的大部分巖石、沙子和土壤,約占地殼質量90%以上。各種各樣的硅酸鹽和水、空氣和陽光構成了人類及生物生存的根基。自古至今,在無機非金屬材料中,硅一直扮演著主角的角色。

【板書】硅的存在:硅在地殼中的含量僅次于氧,硅的氧化物及硅酸鹽約占地殼質量90%以上。

[設問]為什么硅的用途這么廣泛呢?我們經常說結構決定性質,那么,硅的性質與它的結構有什么必然聯系呢?請同學們利用原子結構進行探究。

【探究問題】

1請畫出碳和硅原子結構示意圖。

2碳元素和硅元素的原子結構有什么異同?原子最外層電子決定物質性質,推測硅單質的性質有哪些?

[探究結論]硅和碳元素一樣,原子最外層均有四個電子。其原子即不容易失去電子又不容易得到電子,主要形成四價的化合物。二氧化硅、硅酸和硅酸鹽是硅的最重要的化合物。

【過渡】雖然硅的原子既不易失電子,也不易得電子,但是它卻很喜歡跟氧呆在一起,是一種親氧元素。因此,它在自然界中總是與氧相互結合,主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。下面我們就從最簡單的硅的氧化物二氧化硅入手來學習硅。

[板書]一、二氧化硅(SiO2   

[引導]請同學們閱讀教材P75。根據圖片和文字回答, SiO2的存在形態? SiO2具有哪些用途?

[講述]地球上天然二氧化硅成為硅石,約占地殼質量的20%,存在形態有結晶性和無定性兩種。

[板書]1、存在形態:二氧化硅是硅元素的最重要的化合物,二氧化硅的存在形態有結晶形、無定形兩大類,統稱硅石。

1)二氧化硅的晶體是石英,石英分為水晶和瑪瑙。石英中無色透明的晶體是水晶;石英中具有彩色環帶狀或層狀的稱為瑪瑙。

[圖片展示]水晶、瑪瑙、石英光導纖維、石英坩堝。

        

水晶                     瑪瑙                  瑪瑙飾品

     

石英坩堝       光導纖維晶體結構:請同學們課后閱讀教材P75科學視野。

2)二氧化硅晶體模型:

 

[分析]將晶體硅結構中的每一個-共價鍵打開,并在其間夾入一個氧原子,就形成了二氧化硅的晶體。這樣,每個硅原子和四個氧原子以共價鍵結合,形成以該硅原子為中心的正四面體型結構,這種正四面體型結構向空間伸展,就形成了具有空間網狀結構的原子晶體。由于每個氧原子同時和兩個硅原子結合,所以二氧化硅晶體中,硅氧原子數之比為1:2SiO2只表示一種比例關系,并不表示晶體中存在SiO2的小分子。

[講述]石英可用來做石英鐘、石英表,耐高溫的石英玻璃;水晶可以用來制造電子工業中的重要部件、光學儀器、工藝品、眼鏡片等,含有有色雜質的石英,還可用于制造精密儀器軸承,耐磨器皿和裝飾品等。

2、用途:石英可用來做工藝品、光學儀器、光導纖維、建筑材料、耐高溫耐磨儀器。

【思考與交流】根據二氧化硅的存在和用途分析,二氧化硅的物理性質是什么?二氧化硅是否穩定?二氧化硅性質與什么有關?

【結論】熔點高、硬度大,不溶于水的固體;性質穩定;結構穩定決定了性質穩定。

3、物理性質:熔點高、硬度大,不溶于水的固體。

【過渡】由以上分析可知,由于二氧化硅結構穩定,所以化學性質也比較穩定。性質穩定,并不是不和別的物質反應。

4、化學性質:

[講述]二氧化硅是酸性氧化物,在一定條件下能與強堿、堿性氧化物反應。

1SiO2CaO反應:

2SiO2NaOH溶液反應:

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

注意:該反應在常溫下,緩慢反應。

思考實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞,你知道為什么嗎?

[結論]已知玻璃中含有SiO2NaOHSiO2常溫下緩慢反應可以生成硅酸鈉,而硅酸鈉是一種粘合劑,能將瓶塞與試劑瓶粘在一起,所以實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

展示:瓶塞被粘住一個試劑瓶。要學生來打開,引發學生討論。

3SiO2特殊性SiO2+4HF=SiF4+2H2O

  注意:該反應在常溫下,迅速反應。

[強調]酸性氧化物一般不與酸發生化學反應,而SiO2只能與氫氟酸反應,不能與其它酸反應,這是用氫氟酸雕刻玻璃的反應原理。

[思考]氫氟酸和NaOH溶液均可以在常溫下和玻璃中的SiO2反應,為什么可用氫氟酸雕刻玻璃?而不用NaOH溶液?用什么容器來盛氫氟酸?

4SiO2與碳酸鹽的反應(應用于玻璃生產)

 

【小結】SiO2化學穩定性好,常溫下可以與強堿(如NaOH)等緩慢反應,屬于酸性氧化物,可以與氫氟酸反應,不與其它酸反應。

[過渡]剛才我們提到二氧化硅不能溶于水得到相應的酸——硅酸。那么,硅酸是怎樣的一種酸?它怎樣制得呢?下面我們就來學習這個問題。

[板書]二、硅酸(H2SiO3)

1、硅酸的制取:

【思考】:硅酸(H2SiO3)能通過二氧化硅與水反應制得嗎?為什么?

【結論】由于SiO2不溶于水,所以硅酸可以通過可溶性硅酸鹽和酸反應制取。

[實驗41]試管中加入3~5mL Na2i3飽和溶液,滴入2~3滴酚酞試液,再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸,邊滴邊震蕩,至紅色變淺并接近消失停止,記錄現象。

現象

紅色消失,有透明凝膠產生

結論

可以用Na2SiO3HCl反應制取H2SiO3

化學方程式

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3(膠體)

2、物理性質:白色膠狀物,不溶于水。

3、化學性質:弱酸,酸性比碳酸還弱,可以與強堿反應。受熱干燥失水,形成硅膠干凝膠,做干燥劑。

Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3  H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O

4用途:硅膠多孔,吸附水份能力強,常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑,也可以用作催化劑的載體。

[課堂習題]

1、南方某一工廠工人經常得一奇怪的肺病(肺矽病),經查此病主要是由一種礦物粉塵在空氣中含量過高而引起,粉塵得主要成分是(  )

AC    BCaCO3    CSiO2     D Si

2、下列有關二氧化硅的敘述中錯誤的是(  )

ASiO2是酸性氧化物,它對應的水化物是硅酸(H2SiO3)

B.硅酸可由SiO2直接制得

CSiO2可與堿性氧化物或強堿反應  

D.光導纖維的主要原料就是SiO2

3、下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中,但不能用磨口玻璃塞的是(  )

   A.硅酸鈉溶液     B.氫氟酸   C.氫氧化鈉溶液  D.氯化鈉溶液

〖板書設計〗  第一節  無機非金屬材料的主角——

一、二氧化硅(SiO2

1、存在形態:結晶形、無定形;

2、物理性質:熔點高、硬度大,不溶于水的固體。

3、化學性質:

1)與CaO反應   2)與NaOH溶液反應   3)與氫氟酸反應

4、用途:可制造光導纖維、化學儀器、光學儀器、鐘表、電子部件等。

二、硅酸

1、硅酸的制取  2、物理性質    3、化學性質

〖教后記〗

 

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