高中化学 4.1《无机非金属材料的主角-硅》教案 新人教版必修1.doc

第四章 非金属及其化合物 课程标准：‎ 通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。‎ 第一节 无机非金属材料的主角——硅 ‎（第一课时）‎ 教学目标：‎ ‎1．使学生了解硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质；‎ ‎2．引导学生对比学习硅的化合物（二氧化硅及硅酸）与碳的化合物（二氧化碳及碳酸），培养学生联系、对比、归纳总结的学习方法；‎ ‎3．使学生了解二氧化硅和硅酸在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣。‎ 教学重点、难点 重点：二氧化硅的性质 难点：硅酸的性质 教学环节 教 师 活 动 学 生 活 动 新课导入 从电脑的芯片、光导纤维、水泥、玻璃和瓷砖等日常生活中的实例引入硅及其化合物。‎ 新 知 学 自学讨 论 指导学生阅读，并给出知识整理表格及思考题。‎ 周期表中的位置 ‎ 原子结构 示意图 ‎ 在自然界 中的存在 碳 硅 ‎ ‎ 阅读教材P62第1、2、3自然段及资料卡片内容，填表完成知识整理，然后思考讨论：碳和硅在自然界中的存在形式不同的原因是什么？‎ - 11 -‎ 习 归纳整 理 检查小结 ‎（1）两元素的共性：在化学反应中其原子既不易失电子也不易得电子，主要形成共价（四价）化合物。 ‎ ‎（2）存在差异：硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，而碳却没有此特点。‎ 承上启 下 二氧化碳具有哪些重要的性质呢？ ‎ 物理性质：CO2是一种 色 体，‎ ‎ 溶于水，固态CO2俗称 。‎ 化学性质：‎ CO2 + H2O ―‎ CO2 + NaOH ―‎ CO2 + CaO ―‎ 思考交 流 提示：‎ 二氧化硅也是一种酸性氧化物 由CO2的性质推测SiO2可能具有哪些重要的性质？‎ 归纳整 理 检查小结 SiO2是一种酸性氧化物，可能与水反应生成相应酸；与碱反应生成盐和水；与碱性氧化物反应生成盐。‎ 自学讨 论 指导学生阅读教材有关内容，并给出问题 阅读教材P63及P64有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与上述推导一致吗？有没有不同的表现？请举例说明 归纳整 理 检查小结 与上述推断不完全相同。不同表现是：SiO2是一种难熔固体，不溶于水。正是因为SiO2不溶于水，所以不能直接与水反应生成硅酸，但常温下除能与氢氧化钠溶液反应外，还能与氢氟酸反应生成SiF4气体和水。‎ 完成下列反应的化学方程式,并指明反应的类型：‎ SiO2 + NaOH —‎ SiO2 + CaO —‎ SiO2 + HF —‎ 自学讨 论 指导学生阅读教材有关内容，使其了解二氧化硅的结构和用途。‎ ‎（1）阅读教材P63：科学视野内容，认识SiO2的结构 ‎（2）观察教材P63～P64上的图4—3、图4—4和图4—5，了解SiO2用途，并了解用途与性质间的关系。‎ 归纳整 理 ‎（1）SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例所组成的立体网状结构，基本单元是[SiO4]的正四面体结构。‎ ‎（2）SiO2性质主要表现在：它是一坚硬、难熔的固体，不溶于水，化学性质非常稳定。‎ SiO2的这些性质是由其立体网状结构决定的。‎ 应用与实践 ‎（1）实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么要用橡皮塞而不用玻璃塞？‎ ‎（2）有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？‎ 归纳整 理 检查小结 ‎（1）因为SiO2易与强碱溶液反应，生成硅酸钠使试剂瓶受腐蚀，同时生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的粘结性，易使瓶塞粘在一起而难以开启。‎ ‎（2）不同意这种看法。‎ 给出下列表格，比较性质异同 - 11 -‎ 知识梳 理 CO2‎ ‎ SiO2‎ 能否与水反应 能否与氧化钙反应 能否与氢氧化钠溶液反应 能否与氢氟酸反应 能否与碳反应 参看课后习题4‎ 思考交 流 ‎ 指导学生阅读教材有关内容，给出问题 阅读教材P64最后一自然段，思考讨论下列问题：‎ ‎（1）硅酸与盐酸比较，谁的酸性强？你是根据什么现象判断出来的？‎ ‎（2）硅酸与碳酸比较又会怎样呢？‎ 实验探 究 提示：‎ 酸与盐反应规律之一是较强的酸能制出更弱的酸。‎ 完成实验4—1，并填写教材P65相关表格。‎ 补充实验：往一定量的饱和硅酸钠溶液中通入足量的CO2，观察现象。该现象说明了什么？‎ 归纳整 理 检查小结 硅酸的酸性比盐酸和碳酸的酸性都弱。这是根据往硅酸钠溶液中滴加盐酸或通入足量的CO2后，产生不溶于水的硅酸判断出来的。‎ 应用与实践 ‎ ‎ 写出以SiO2为原料制备硅酸的化学方程式 自学释 疑 结合实验4—1，阅读教材P64最后一自然段，归纳总结硅胶的制备方法及其重要应用。 ‎ 归纳整 理 制备方法：‎ ‎ 加适量盐酸或通入足量CO2 干燥脱水 ‎ 硅酸钠溶液 硅酸溶胶 硅胶 用途：常用作干燥剂、催化剂的载体。‎ 板书设计 一、二氧化硅和硅酸 ‎ 1、二氧化硅 2、硅酸 ‎ （1）用途 （1）制备 ‎（2）物理性质 （2）性质 ‎ 化学性质 （3）用途 - 11 -‎ 巩固练习 ‎1. 宣传科学知识，介绍高新科技，揭露伪科学，是科学工作者的义务，下列说法属于伪科学的是（ ）。‎ A.以二氧化硅为主要原料制造光导纤维 ‎ B.碳炉边放盆水，可防止煤气中毒 C.在墙壁刚粉刷过石灰浆的室内生一炭火盆，墙壁会冒汗 ‎ D.用干冰进行人工降雨 ‎2. 下列说法正确的是（ ）‎ A．SiO2能和水发生化合反应生成硅酸 ‎ B．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 C．SiO2的俗名叫水玻璃，不溶于水 ‎ D．SiO2又叫水晶，能溶于NaOH溶液中 ‎3. ①盐酸、②浓硫酸、③氧气、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，能与地壳中含量第一和第二的两元素形成的化合物起化学反应的是（ ）‎ A．①② B．④⑤ C．②④ D．③④‎ ‎4.将过量的二氧化碳通入下列溶液中，最终会出现浑浊的是（ ）‎ A．氯化钙溶液 B．澄清的石灰水 C．水玻璃 D．硝酸钡溶液 ‎5.熔融烧碱应选用的器皿是（ ）‎ A．铁制坩埚 B．普通玻璃坩埚 C．石英坩埚 D．陶瓷坩埚 ‎6.下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是（ ）‎ A．＋4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应 B．单质在加热时都能与氧气反应 C．氧化物都能溶于水生成相应的酸 D．碳和硅两种元素都有能导电的单质 ‎7.下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是（ ）‎ A．硅酸钠溶液 B．盐酸 C．氢氟酸 D．氢氧化钠溶液 ‎8.和空气接触可发生非氧化还原反应的物质组合是（ ）‎ ‎ ① Na ②Na2SiO3溶液 ③Na2O2 ④烧碱溶液 ⑤石灰水 ⑥Fe(OH)2‎ A．①③④ B．②④⑤ C．②③⑥ D．①④⑤‎ ‎9.已知由石墨转化为金刚石需要吸收热量，下列说法中正确的是（ ）‎ A．石墨比金刚石稳定 B．金刚石比石墨稳定 ‎ C．石墨和金刚石一样稳定 D．以上结论都不正确 ‎10.某无色混合气体可能含有CO2.H2.CO和H2O（气）中的一种或几种，依次进行以下处理（假设每次处理均反应完全）：①通过盛有硅胶的干燥管时，气体体积不变；②‎ - 11 -‎ 通过炽热的氧化铜时，固体变为红色；③通过白色CuSO4粉末时，粉末变蓝色；④通过澄清石灰水时，溶液变浑浊。则原混合气体的成分不可能是 A H2和CO B CO2、H2和CO C H2O和CO2 D H2和CO2‎ ‎11. 按由多到少的顺序，在地壳中的含量列前四位的元素依次是 、 、 、 。‎ 碳、硅均位于元素周期表的 族，其原子结构示意图分别是 、 。‎ 碳是构成 的主要元素，硅主要以熔点很高的 和 的形式存在，是构成岩石与许多矿物的基本元素。‎ ‎12. 由同一种元素组成的不同单质，称为该元素的同素异形体。在各种碳的同素异形体中，铅笔芯的主要成分是 ，它是一种深灰色、有金属光泽且不透明的片状固体，质软，具有润滑性，它能够 ，常用作电极。钻石的成分是 ，是无色透明的晶体，硬度 。由60个碳原子组成、形似足球的 ‎ （写分子式）也是碳的同素异形体。‎ ‎13. 下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中：‎ 混合物 SiO2（CaCO3）‎ SiO2 (Fe2O3)‎ SiO2 (NaCl)‎ SiO2 ‎ ‎(Si)‎ Si ‎(Al)‎ NaHCO3‎ ‎(Na2SiO3)‎ 除杂试剂 分离方法 ‎14. 检验石灰中含有碳酸钙和二氧化硅的方法是：取少许试样，加入过量的 ，有 产生，说明石灰中含有 。充分振荡后过滤，有滤渣存在说明含有 。‎ ‎ ‎ 备课参考 ‎1．参考答案 ‎ 巩固练习答案：1 B 2 D 3 B ‎4 C ‎5 A ‎6 C 7B 8B ‎9A ‎10C ‎ ‎11 O、Si、Al、Fe、IVA、原子结构示意图略、有机化合物、氧化物、硅酸盐 ‎ ‎12 石墨、导电、碳元素、很大、C60‎ ‎13（1）盐酸、过滤（2）盐酸、过滤（3）水、过滤（4）O2、加热（5）盐酸、过滤 ‎（6）足量CO2/H2O、过滤 ‎14 稀盐酸、无色气体、碳酸钙、二氧化硅 ‎2．资料运用 ‎（1）教材《化学》必修I，人民教育出版社，[2004]‎ ‎（2）《教师教学用书》化学必修I ‎（3）《中学第二教材》高中化学必修I，北京教育出版社，主编 薛金星 - 11 -‎ ‎（4）高中课程《新学案》，主编 刘成坤 硅在高新技术中的应用 单晶硅作为半导体器件的核心材料，大大地促进了信息技术的革命。自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速了展。到1996年全球半导体产业销售额达到1410亿美元，而其中单晶硅材料的销售达到74亿美元。中国消耗的大部分集成电路及其硅片主要依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了‎12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。‎ 信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。从目前情况来看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。据估计在21世纪内，硅仍然会占半导致体材料的95%以上。‎ 微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出含有多达10～20万种DNA基因片段的芯片.利用这种芯片可以在短时间内检测或发现遗传基因的变化等情况。这无疑对遗传学研究、疾病诊断与治疗、转基因工程等具有极其重要的作用。‎ 第一节 无机非金属材料的主角——硅 ‎（第二课时）‎ 教学目标：‎ ‎1．使学生了解硅及硅酸钠的重要性质和用途；‎ ‎2．使学生了解硅酸盐产品的性能、用途，加深对化学与生产、生活实际的认识进而帮助学生树立民族自豪感，增强学好化学的自信心。‎ ‎3．使学生进一步认识硅及其重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响，树立绿色化学意识和可持续发展的意识。‎ 教学重点、难点 重点：硅和硅酸钠的重要性质 难点：硅酸盐的丰富性和多样性 教学环节 教师活动 学生活动 新课导入 通过水玻璃、硅橡胶、玻璃、陶瓷、水泥等物质中硅的存在形式引入硅酸盐 自学思 考 阅读教材P65中间两自然段，思考硅酸盐的组成和性质 - 11 -‎ 新 知 学 习 归纳整 理 检查小结：‎ 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，分布极广。硅酸盐一般都不溶于水，化学性质很稳定。‎ 自学讨 论 指导学生阅读并给出问题 ‎ 阅读教材P67资料卡片，回答下列问题：如何用氧化物的形式表示硅酸盐的组成？‎ 归纳整 理 检查小结：‎ 硅酸盐的表示方法：活泼金属氧化物•较活泼金属氧化物•二氧化硅•水 应 用 与 实 践 用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：‎ KAlSi3O8‎ CaAl2Si3O10∙3H2O Al2Si2O5(OH)4‎ 实验探 究 指导学生完成实验 完成实验4—2，并填写教材P65相关表格 应 用 与 实 践 ‎1、硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它的用途有： 、 、 。‎ ‎2水玻璃长期暴露在空气中会变质,这是因为水玻璃主要发生了( )‎ ‎ A. 氧化还原反应 B. 分解反应 ‎ ‎ C. 化合反应 D. 复分解反应 自 学 讨 ‎ 论 指导学生阅读并给出问题：‎ 阅读教材P66第一、二、三自然段。回答下列问题：‎ ‎（1） 硅酸盐种类繁多、结构复杂的原因是什么？‎ ‎（2）为什么土壤具有保肥能力？‎ ‎（3）中国作为“瓷器故乡”的原因是什么？‎ 归 纳 整 理 检查小结 ‎（1）由于Al与Si在元素周期表位置相邻、离子大小相近，Al3+常或多或少地置换硅酸盐中的Si4+而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐的丰富性和复杂性。‎ ‎（2）硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体（硅酸盐与硅酸相似，有形成胶体的性质）。土壤胶体因其表面积巨大且一般带负电，能吸收NH4+、K+等数十种生物所需的营养离子，所以土壤具有保肥能力。‎ ‎（3）现在出土的各种陶瓷制品、雄伟古建筑上留下的陶瓷砖瓦以及英文“中国”一词又指“‎ - 11 -‎ 瓷器”，等等，所有这些都反映了在西方人眼中中国作为“陶瓷故乡”的形象。‎ 自 学 讨 ‎ 论 指导学生阅读并给出知识整理表格 性能 用途 高温结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 阅读教材P66科学视野并进行知识整理 归纳整 理 检查小结 ‎（答案略）‎ 自 学 讨 论 ‎ 指导学生阅读并给出知识整理表格 性能 用途 金刚砂 硅钢 硅橡胶 分子筛 阅读教材P67最后一自然段，并进行知识整理 归纳整 理 检查小结 ‎（答案略）‎ 自 学 讨 ‎ 论 指导学生阅读并给出知识整理表 ‎ ‎ 分类 物性 化性 应用 硅 单 质 晶体硅 无定形硅 阅读教材P68有关内容，并进行知识整理。‎ 归纳整 理 检查小结 常温下，硅的化学性质稳定，不易发生化学反应。利用它的稳定性、来源丰富性和导电性，在电子产品业具有广泛而重要的应用。‎ 课下 探究 人类一直在创造性地制造、应用硅及其化合物，请查阅有关资料，以“硅及其化合物对人类文明的贡献”为题，写一篇小论文，并与同学交流。‎ 板 书 设 计 二、硅酸盐 ‎1.硅酸盐的组成和性质 ‎2.硅酸钠的性质和用途 三、硅单 ‎1.性质 ‎2.用途 - 11 -‎ 巩固练习 ‎1. 下列物质的成分不含硅酸盐的是（ ）‎ A．石英玻璃 B．陶瓷 C．普通水泥 D．砖瓦 ‎2. Na2O∙CaO∙6SiO2是一种（ ）‎ A．含氧酸 B．硅酸盐 C．氧化物 D．混合物 ‎ ‎3. 已知普通玻璃可用Na2O.CaO.6SiO2来表示，则其中Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比为：（ ）‎ A．1：1：6 B．1：1：‎4 C．2：1：6 D．2：1：4‎ ‎4. 有关硅元素的下列叙述中正确的是（ ）‎ A．硅与任何酸都不反应 ‎ B．硅是构成矿物岩石的主要原料，其化合态硅几乎全部是硅石和硅酸盐 C．硅的性质很稳定，能以游离态存在于自然界 D．常温时硅不与任何物质反应 ‎5. 下列物品或设备：①水泥路桥、②门窗玻璃、③水晶镜片、④石英钟表、⑤玛瑙手镯、⑥硅太阳能电池、⑦光导纤维、⑧计算机芯片。所用材料为SiO2或要用到SiO2的是（ ）‎ A．⑥⑧B．①②⑦⑧ C．①②③④⑤⑦ D．全部 ‎6.水处理中常使用的一种无机高分子絮凝剂的化学式可表示为[Al2(OH)nClm∙yH2O]x，式中m等于（ ）‎ A．3-n B．6-n C．6+n D．3+n ‎7.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（ ）‎ A．这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B．在建筑工业上可以作黏合剂.耐酸水泥掺料 C．木材.织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 ‎8. 工业上制造金钢砂的化学方程式如下：SiO2 + ‎3C =SiC + 2CO↑，在这个氧化还原反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为（ ）‎ A．1：2 B．2：‎1 C．5：3 D．3：5‎ ‎9. 向下列溶液滴加稀盐酸，生成白色沉淀，继续滴加稀盐酸，沉淀又溶解的是( )。 　 A.Na2SiO3 　 B.BaCl‎2　　‎ C.AgNO3 　 D.NaAlO2‎ ‎10. 假设SiO2晶体中部分Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石，则正长石的化学组成为( )。‎ ‎ A. KAlSi3O8 B.KAlSi2O‎6 C. KAlSiO4 D.KAlSi4O10‎ - 11 -‎ ‎11. 三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅酸镁晶体的化学式为Mg2Si3O8∙nH2O。‎ ‎（1）用氧化物形式表示三硅酸镁的化学式。‎ ‎（2）写出该药物中和胃酸的化学方程式。‎ 拓展提高 已知CO和H2的混合气体称为水煤气，可由碳与水蒸气在高温下反应生成。如下图：‎ 氧化物A 单质B 氧化物C 单质E 化合物F 单质G 单质H ‎ ‎ ‎ 高温 ‎ 反应①‎ ‎ ‎ ‎ 高温 ‎ ‎ 反应② ‎ ‎ 燃烧 ‎ 反应③‎ ‎ ‎ 已知：单质E可作为半导体材料，化合物F是有毒的氧化物，C为液态。据此，请填空：‎ ‎（1）氧化物A是 ‎ ‎（2）化合物F是 ‎ ‎（3）反应②的化学方程式是 ‎ ‎（4）反应③的化学方程式是 ‎ 备课参考 ‎1．参考答案 巩固练习答案：‎1A 2B 3B 4B ‎5C 6B 7D ‎8A 9D ‎10A ‎ ‎ 11（1）2MgO∙3SiO2∙nH2O ‎ （2）2MgO∙3SiO2∙nH2O + 4HCl ==2MgCl2 + 3SiO2 +(n+2)H2O ‎ ‎ ‎ 拓展提高答案：‎ ‎（1）SiO2 （2）CO ‎ ‎ 高温 ‎（3）C + H2O==CO + H2‎ ‎ 点燃 ‎ ‎（4）2H2 + O2 ==2H2O ‎2．资料运用 ‎（1）教材《化学》必修I，人民教育出版社，[2004]‎ ‎（2）《教师教学用书》化学必修I ‎（3）《中学第二教材》高中化学必修I，北京教育出版社，主编 薛金星 - 11 -‎ ‎（4）高中课程《新学案》，主编 刘成坤 光导纤维 从高纯度的二氧化硅或称为石英玻璃熔融体中，拉出直径约为100µm的细丝，称为石英玻璃纤维。玻璃可以透光，但在传输过程中光损耗很大，用石英玻璃纤维光损耗大为降低，故这种纤维称为光导纤维，是精细陶瓷的一种。‎ 利用光导纤维可进行光纤通信。激光的方向性强、频率高，是进行光纤通信的理想光源。光纤通信与电波通信比较，光纤通信能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的需要。‎ 光导纤维一般由两层组成，里面一层称为内芯，直径几十微米，但折射率较高；外面一层称包层，折射率较低。从光导纤维一端入射的光线，经内芯反复折射而传到末端，由于两层折射率的差别，使进入内芯的光始终保持在内芯中传输着。光的传输距离与光导纤维的光损耗大小有关，光损耗小，传输距离就长，否则就需要用中继器把衰减的信号放大。用最新的氟玻璃制成的光导纤维，可以把光信号传输到太平洋彼岸而不需要中继站。‎ 在实际使用时，常把千百根光导纤维组合在一起并加以增强处理，制成像电缆一样的光缆，这样既提高了光导纤维的强度，又大大增加了通信容量。‎ 用光缆代替通信电缆，可以节省大量有色金属，每公里可节省铜1.1吨、铅2～3吨。光缆有质量轻、体积小、结构紧凑、绝缘性好、寿命长、输送距离远、保密性好、成本低等优点。光纤通信与数字技术及计算机结合起来，可以用于传送电话、图像、数据、控制电子设备和智能终端等，起到部分取代通信卫星的作用。‎ 光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，对诊断、医治各种疾病极为有利。‎ - 11 -‎