高一化学上册必修1《无机非金属材料的主角——硅》教案
高一化学上册必修1《无机非金属材料的主角——硅》教案
教学准备
教学目标
1.1 知识与技能：
1.了解二氧化硅的晶体结构，掌握二氧化硅的化学性质，了解其用途。
2.对硅酸的组成、性质及制备形成初步的认 识。
3.了解硅酸盐的组成的表示方法、性质及应用。
4.理解硅酸钠的性质及应用。
1.2过程与方法
通过对二氧化硅的晶体结构及其化学性质的学习，培养学生空间想象能力和逻辑思维能力。
1.3情感、态度与价值观
感受化学在生活生产中的重要地位，培养学生关注社会的意识和责任感。
教学重难点
2.1 教学重点
二氧化硅的性质和硅酸的制备;硅单质及其化合物的性质，硅的制法。
2.2课题难点
二氧化硅和硅的性质
教学工具
教学课件
教学过程
一、新课引入
展示图片：水晶、玛瑙、石英坩埚、沙子。你知道组成这些物质的成分是什么吗?
讲述：这些物质虽然看起来形态各异，实际上它们都含有同一种元素——硅，硅在地壳中的含量仅次于氧。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。本节课，我们首先来学习二氧化硅及其化合物——硅酸的有关知识。
二、新课教学
板书：第一节 硅
过渡：首先，我们来了解一下硅元素的有关知识。
学生阅读课本第74页的第一、二自然段，了解硅在自然界的含量、存在形态等方面的内容。
归纳整理：硅以化合态存在于自然界，硅元素主要以氧化物和硅酸盐的形式存在于地壳的各种矿物和岩石里。
过渡：我们先来学习硅的氧化物——二氧化硅的性质。
(一)二氧化硅和硅酸
1.二氧化硅
学与练：写出C和Si的原子结构示意图，根据最外层电子数，推测CO2 和SiO2的性质是否相同?
归纳整理：C和Si的最外层都有4个电子，CO2 和SiO2分别是二者的最高价氧化物，它们的性质应该相似但又不完全相同。
思考与交流：请同学们回忆我们初中学过的二氧化碳的性质，并从物理性质和化学性质两方面回答。
学生思考交流回答，教师补充。
归纳整理：
①二氧化碳的物理性质：常温常压下是无色无味的气体、能溶于水、密度比空气大。
②二氧化碳的化学性质：
CO2+H2O=H2CO3
CO2+Na2ONa2CO3
CO2+CaOCaCO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2能与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物。
过渡：下面我们来学习二氧化硅的性质，并和二氧化碳的性质加以比较，看二者是否相同。
学生阅读教材第75页的内容，了解二氧化硅的性质及用途。
归纳整理：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。二氧化硅可用来做光导纤维;石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃;水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。
⑴二氧化硅的物理性质：
SiO2是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。
用途：可用于制作光导纤维、石英坩埚、饰品等。
讲解：CO2、SiO2的物理性质差别很大，二氧化碳是一种无色无味的气体，二氧化硅是一种坚硬难熔的固体。原因是二者的结构不同，相关知识我们将在选修教材中学习。
过渡：SiO2与CO2的物理性质差别很大，那么它们的化学性质是不是也有这么大的差异呢?请大家阅读课本第76页有关内容，并填写下表。
板书;
⑵二氧化硅的化学性质
PPT展示：SiO2与CO2化学性质的比较
展示一个同学的答案，分析对比，得出结论。
归纳整理：CO2、SiO2的化学性质差别不很大，比较相似，都能与碱性氧化物或强碱反应生成盐，都是酸性氧化物。二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。
①特性：
a.不溶于水的酸性氧化物。
b.能与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。
②酸性氧化物
a.与碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。
b.与碱性氧化物反应：SiO2+CaO?CaSiO3。
思考与交流：
(1)为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞?
(2)实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?
(3)某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物。是否正确?
学生思考交流回答，教师补充。
归纳整理：
(1)因为玻璃中含有SiO2，SiO2是酸性氧化物，能和碱反应生成Na2SiO3，而Na2SiO3具有粘合性，容易使玻璃瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。
(2)因为玻璃中含有SiO2、SiO2能与氢氟酸反应，故不用玻璃瓶，用塑料瓶盛放。
(3)两性氧化物是指既和酸反应，又和碱反应生成盐和水的氧化物，而SiO2与氢氟酸反应没有生成盐，故SiO2不是两性氧化物。
过渡：二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸?它怎样制得呢?下面我们就来学习这个问题。
2.硅酸(H2SiO3)
学生阅读教材第76页最后一自然段，了解硅酸的性质。
归纳整理并板书：
⑴物理性质
硅酸是一种白色的固体，酸性比碳酸还要弱，它不溶于水。
实验探究：
学生分组做教材第76页探究实验4-1，观察并记录实验现象，填写下表：
讨论：实验室制硅酸的原理。
归纳整理并板书：
⑵制取原理：
强酸制弱酸——可溶性硅酸盐与酸反应得到
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl
过渡：硅酸的酸性比碳酸还要弱，那么根据强酸制弱酸的原理，推测向Na2SiO3溶液中通入CO2会出现什么现象?写出反应方程式。
学生思考回答。
归纳整理并板书：
现象：有白色沉淀生成。
化学方程式：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3。
讲解：先形成硅酸溶胶，浓度较大时形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。
板书：
⑶化学性质：H2SiO3 SiO2+H2O
⑷用途——硅胶，做干燥剂。
巩固练习
1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物中，不具有的性质是( )
A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬
2.要除去SiO2中混有的少量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
3.下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是( )
A.HF溶液 B.KOH溶液 C.盐酸 D.水玻璃
参考答案：B B C
(二)硅酸盐
阅读教材第77页第一自然段，了解硅酸盐的组成。
归纳整理并板书：
1.硅酸盐：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。多数不溶于水，化学性质很稳定。
讲述：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。粘土的主要成分是硅酸盐。粘土是制造陶瓷器的主要原料。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写时，应把金属氧化物写在最前面，然后写SiO2，最后写H2O。且各种氧化物之间用“·”隔开。
板书：
硅酸盐组成的表示方法：
如： Na2SiO3 Na2O·SiO2
Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
过渡： 硅酸盐种类很多，大多难溶于水，可溶性硅酸盐最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，它有什么用途?
2.硅酸钠(Na2SiO3)：可溶于水，其水溶液俗称水玻璃。
实验探究：
学生分组实验教材第77页实验4-2。填写下表：
归纳整理：实验室里用于制H2SiO3，工业上可制成硅酸凝胶，处理后就得硅胶。硅胶是一种很好的干燥剂和催化剂载体。食品袋里的通常用硅胶作干燥剂。
投影：硅胶图片样品。
板书：用途：制备硅胶和木材防火剂。
过渡： Na2SiO3还有哪些用途?请同学们回忆盛放碱液的试剂瓶能否用玻璃塞?说明了什么问题?
学生思考交流回答。
展示：
(1)用玻璃塞塞紧的长期装碱液的试剂瓶，拔其瓶塞。
(2)室内装修用过的盛玻璃胶的塑料瓶，读出玻璃胶的成分。
归纳整理：
Na2SiO3还可用作粘合剂，用于粘玻璃制品。
阅读教材第77页科学视野，了解硅酸盐如何具有保肥能力。
过渡：我国是一个有着悠久历史的国家，从古到今，人类创造性的生产出了几类硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥等，下面我们通过录像和图片了解硅酸盐产品的发展历史和它们在日常生活中的应用。
播放(1)秦兵马俑图片或录像。
(2)有关博物馆中的古陶器和瓷器介绍的影视资料。
(3)雄伟壮观的现代建筑。
学生观看并发表他们的感想。
讲述：陶瓷是中国人发明并最早使用，欧洲人视中国陶瓷为无价之宝，所以欧洲人把瓷器叫做“China”，久而久之 “China”就成了中国的英文名称。陶瓷在我国历史悠久，但目前发展状况不容乐观，还需各位作出不懈努力，宏扬民族文化精髓。那么你能否举出几例现代社会中含硅元素的新型无机非金属材料?
学生阅读教材第78～79页，了解新型无机非金属材料的成分和用途。
展示图片：超导材料、新型陶瓷、光导纤维等。
讲述：能源、材料、信息是文明的三大支柱，而能源问题的解决和信息社会飞速发展的前提是能源材料、信息材料的突破。硅在现代电子、航空航天、敏感材料、超导材料中起着十分重要的作用。
学生阅读教材第79～80页，了解硅的存在和用途。
归纳整理：在自然界中无单质形式存在的硅，只有化合态硅。硅是构成矿物和岩石的主要元素。人类虽然在一万年前制出了陶器，而人类真正认识硅元素是在1823年由瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获得单质硅的。
展示图片：单晶硅。
(三)硅单质
1.物理性质：灰黑色有金属光泽的固体。熔点高，硬度大。
2.用途：是重要的半导体材料，制造太阳能电池，制造硅合金等。
学与练：写出碳和硅的原子结构示意图，分析硅的化学性质是否活泼。
解释：硅、碳同属ⅣA族元素，最外电子层有4个电子。所以硅的化学性质与碳相似，常温下比较稳定。
归纳整理：
3.硅的化学性质：常温下不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。加热条件下，可与氧气反应。
归纳整理：
阅读补充资料，了解硅的工业制法。
4.硅的工业制法：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅。
SiO2+2C=Si+2CO↑
粗硅能跟氯气反应得到SiCl4，再用氢气还原制得纯硅
Si(粗)+2Cl2=SiCl4
SiCl4+2H2=Si(纯)+4HCl
习题：
1.下列说法中，正确的是( )
A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品
B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2
C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应
D.将石棉(CaMg3Si4O12)化学式改写成氧化物的形式：3(MgO·CaO)·4SiO2
2.下列不能用磨口玻璃瓶盛放的试剂是( )
A.溴水 B.水玻璃 C.高锰酸钾 D.硝酸
3.下列表述中，正确的是( )
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 ④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A.①②③ B.②④ C.③④⑤ D.③⑤
参考答案： 1.A 2.B 3.D
本课小结
1.了解了硅元素在自然界中的存在和含量。
2.学习了二氧化硅的存在形式和性质，并和CO2进行了对比。
3.学习了硅酸的性质和用途，并通过硅酸的制取了解一种重要的化学反应原理——强酸制弱酸。
4.硅酸盐的定义、表示方法及工业产品
5.硅酸钠的性质和用途
6.硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途
板书设计
第一节 硅
一、二氧化硅和硅酸
1、二氧化硅
(1) 物理性质:
SiO2是一种坚硬难熔的固体，不溶于水
用途：可用于制作光导纤维、石英坩埚、饰品等。
(2)化学性质:
①特性:
a.不溶于水的酸性氧化物
b.能与氢氟酸反应SiO2+4HF = SiF4↑ +2H2O
②酸性氧化物
a.与碱反应SiO2 + 2NaOH= Na2SiO3 + H2O
b.与碱性氧化物反应SiO2+CaOCaSiO3
2.硅酸(H2SiO3)
⑴物理性质：硅酸是一种白色的固体，酸性比碳酸还要弱，它不溶于水。
⑵制取原理：
强酸制弱酸——可溶性硅酸盐与酸反应得到
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3
⑶化学性质：H2SiO3 △ SiO2+H2O
⑷用途——硅胶，做干燥剂。
二、硅酸盐
1.硅酸盐组成的表示方法：
(1)化学式法：
(2)氧化物法：
硅酸钠(Na2SiO3) Na2O·SiO2 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
2.硅酸钠
物理性质：白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，
用途：制备硅胶、木材防火剂、粘合剂。
3.硅酸盐工业产品
三、硅单质
1.以化合态存在于自然界;有两种同素异形体。
2.物理性质：熔沸点高、硬度大、半导体。
3.用途：是重要的半导体材料，制造太阳能电池，制造硅合金等。
4.化学性质：常温下性质稳定。
作业 课本P80习题1-11
