第4章 第1节 无机非金属材料的主角——硅 第2课时.doc

第2课时 教学设计 三维目标 知识与技能 ‎1.了解硅酸盐的重要用途及组成。‎ ‎2.了解硅的重要用途，了解硅单质的物理性质。‎ ‎3.掌握Na2SiO3的化学性质。‎ 过程与方法 ‎ 通过自主学习、探究，培养学生自主学习的能力。在教师的指导下，通过上网查阅资料培养独立查阅资料的能力。‎ ‎ 情感、态度与价值观 ‎ 学习有关“陶瓷”的知识，了解中华民族的传统文化，培养学生爱国主义情感。通过硅及其化合物重要用途的学习，激发学生学习化学的兴趣。‎ 教学重点 ‎ 硅酸盐的性质及重要用途、硅的用途 教学难点 ‎ 硅晶体结构，硅酸盐的组成 教具准备 ‎ 多媒体课件、实物投影仪、烧杯、胶头滴管、酒精灯、火柴、镊子、蒸馏水、Na2SiO3溶液、手机芯片、玻璃片、石棉、水泥、砂纸、砂轮 教学过程 导入新课 ‎〔多媒体播放课件〕‎ ‎1.驰名世界的中国瓷器：景德镇陶瓷 ‎2.举世闻名的万里长城 ‎3.世界奇迹——三峡大坝 ‎4.世界大都市上海——东方明珠、发展日新月异的浦东新区、深圳特区……‎ ‎5.笔记本电脑，超大规模集成电路芯片 推进新课 ‎ 师：刚才我们所观看的幻灯片，从远古的陶瓷、秦砖汉瓦，到现代的摩天大楼，迅速发展的信息产业，无一不与硅酸盐、硅及其化合物有着密切的联系。这一切的一切，无一不在影响、改变着我们的生活，这一切的一切也都充分展示了硅及硅酸盐经久不衰的魅力！体现了它们重要的用途！‎ ‎ 师：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，在自然界分布极为广泛。‎ ‎ 师：展示Na2SiO3、玻璃片、水泥、石棉，取一小团石棉、少量水泥于小烧杯中，加入少量的水，搅拌，观察现象。‎ ‎ 取少量水泥，加入稀盐酸，观察。‎ ‎ 取一玻璃碎片，在酒精灯上灼烧，观察变化。‎ ‎ 生：由上述实验及我们的生活常识可以知道：硅酸盐结构很复杂，一般不溶于水，性质也很稳定。做［实验42］‎ 取两片滤纸，分别用蒸馏水和饱和Na2SiO3溶液润湿，之后，同时分别用镊子夹住放在酒精灯的外焰上点燃，观察现象。‎ 8‎ 干滤纸 用蒸馏水润湿 用Na2SiO3溶液润湿 现象 结论 ‎ 师：请同学们结合课本及上述实验，对Na2SiO3的性质及用途加以总结。‎ ‎ 生：（1）Na2SiO3是一种钠盐，易溶于水。（2）Na2SiO3具有一定的黏性，可作黏合剂。 （3）Na2SiO3可作防火剂。（4）Na2SiO3俗名水玻璃。（5）Na2SiO3可作肥皂的填充剂。‎ ‎ 师：展示实验盛放NaOH、Na2SiO3、稀盐酸、稀H2SO4的试剂瓶，请同学们比较其瓶塞的不同。‎ ‎ 生：不同之处是：NaOH、Na2SiO3溶液的试剂瓶塞是橡皮塞；而HCl、H2SO4溶液的瓶塞为玻璃塞。‎ ‎［知识拓展］‎ ‎ 师：NaOH、Na2CO3溶液瓶塞相同,都是橡皮塞而不是玻璃塞。你能推测可能是什么原因造成的吗？请讨论。‎ ‎ 生：Na2CO3溶液可能也和玻璃反应；Na2CO3溶液某方面性质可能与NaOH溶液相似，能与玻璃中的某些成分反应；Na2CO3溶液可能也与NaOH相似，显很强的碱性，也能与玻璃中的SiO2反应；NaOH能与玻璃中的SiO2反应，生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液，使瓶塞易被粘住，不易打开。‎ 师（总结）：同学们刚才分析得很好，也很有道理！现在我们共同来分析一下NaOH、 Na2CO3的组成。它们都是离子化合物，且所含的金属阳离子都相同，因此，不同的性质应该由不同的阴离子所引起，即的某些方面的性质可能与OH-的某些方面性质相似。而以后的进一步学习会使我们明白这个道理：正是由于在水溶液中产生了大量的OH，使Na2CO3溶液也具有较强的碱性，能和玻璃中的SiO2反应，生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液，易把瓶塞粘住，而不易打开。‎ 同理，大家可以进一步分析、探究：盛K2CO3溶液的试剂瓶塞用的是橡皮塞还是玻璃塞？‎ 生（齐答）：应该是橡皮塞。‎ ‎ 师：展示K2CO3溶液的试剂瓶——真是橡皮塞！‎ ‎ 师：同学们从初中乃至从小学就开始学习英语。“China”一词大家都知道它的汉语翻译是“中国”，可是，同学们知道它的最根本的含义吗？‎ ‎ 生：我知道！它的本意指的是“瓷器”。‎ ‎ 师：对！中华民族是一个勤劳、善良、勇于创造的民族！中华民族有着五千年光辉、灿烂的文明！也只有五千年的文化底蕴，才能孕育出中华民族的智慧，才能磨炼出一双双巧夺天工之手！才能为世人捧出一件件精美绝伦的陶瓷制品！‎ ‎［多媒体播放］‎ ‎1.陕西半坡出土的人面鱼纹彩陶盆 ‎2.精美的清代花瓶 ‎ 师：请同学们举例说明我们日常生活中有哪些物品是陶瓷制成的？各有什么优良的性能？‎ ‎ 生：碗、火锅、卫生洁具。电源开关、贴墙壁的瓷砖。高压线上挂的瓷环绝缘器。‎ ‎……‎ ‎ 师：同学们所举的事例，都是传统的硅酸盐陶瓷，它们有很多优良性能，为我们的生活、为人类的科技进步作出了很大的贡献。受传统陶瓷某些特殊性能的启发，科技工作者在此基础上进行了一次又一次的创新，又研制出了许多种组成不同、性能更特殊的新型陶瓷。‎ ‎ 生：看书，教材P79：科学视野——新型陶瓷。‎ ‎［多媒体播放］‎ 8‎ 无机非金属材料家庭中的重要一员——新型陶瓷。‎ ‎［知识拓展］‎ 参考教材P79，另外，指导学生查阅资料补充。‎ ‎ 师：硅酸盐种类繁多，结构也很复杂，为了方便起见，也为了便于同学们理解，通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成：硅酸盐中的Ｓi元素，以SiO2的形式表示，金属元素如Na、Ｋ、Ｍg、Ａl、Ca等，以它们常见的氧化物形式表示，Ｈ元素以Ｈ2Ｏ的形式表示。‎ 方法：（1）找出组成元素 ‎（2）写成氧化物的形式 ‎（3）注意原子守恒 ‎（4）检查有无遗漏 ‎［例题剖析］‎ ‎（例1）正长石的组成，可表示成KAlSi3Ox，则x=_________，用氧化物的形式表示的组成为_______________。‎ ‎ 师：请同学们先自主分析，求解。可以讨论。‎ ‎［实物投影仪展示部分学生练习］‎ 师（总结分析）：根据化合物中各元素的正负化合价代数和必为零，有 ‎1×(+1)+1×(+3)+3×(+4)+x(-2)=0，x=8‎ 按化合价规则可把KAlSi3O8改写成二氧化硅与金属氧化物的形式：‎ K2O·Al2O3·3SiO2或K2O·Al2O3·6SiO2‎ ‎（例2）矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。如钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土〔Al2Si2O5(OH)4〕的反应为：‎ ‎2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O====2K+++4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4‎ 这个反应能够发生的原因是____________________________________。‎ ‎ 生：由反应方程式可以知道，该反应不是氧化还原反应，是复分解反应。因此，不能用氧化还原反应的原理去分析解释，只能从复分解反应的规律去寻找答案。方程式左边有H2CO3，右边生成物有H4SiO4，符合强酸制备弱酸的原理。‎ ‎ 师（总结分析）：很好，此反应可看成酸和盐之间的复分解反应，此反应能够发生的原因是较强的酸生成较弱的酸。‎ 解答：碳酸酸性比硅酸强。‎ ‎ 师：展示砂纸、砂轮、变压器的硅钢片。‎ ‎ 师：这些都是具有特殊功能的含硅的物质。‎ 生看书：教材P78~79‎ ‎［板书］三、硅单质 ‎ 师：虽然硅的化合物很多，随处可见，而且从远古时期人类就已经学会加工和使用陶瓷，但是硅的单质却到很晚——18世纪上半叶才制备出来。‎ ‎［多媒体播放］‎ 硅的制备历史 ‎ 师：展示晶体Si及晶体Si的结构模型，引导学生观察并归纳、总结。‎ ‎ 生：（归纳总结）‎ 8‎ ‎（1）Si晶体结构为正四面体形。‎ ‎（2）单质Si有晶体硅和无定形硅两种。‎ ‎（3）有金属光泽、灰黑色固体。‎ ‎（4）熔点高（1 ‎410 ℃‎）、硬度大、质脆。‎ ‎（5）良好的半导体材料。‎ ‎（6）有很广泛的用途。‎ ‎（7）常温下化学性质不活泼。‎ 师（进一步总结、完善）：同学们请把书翻到后面元素周期表。看一看与Ｓi位于同一横行的左边元素及右边元素各是什么？由此能否体会出Ｓi的半导体性质？‎ ‎ 生：同一横行中，Ｓi左边的元素为钠（Na）、镁（Ｍg）、铝（Ａl），都是金属元素；Ｓi右边的元素分别为磷（Ｐ）、硫（Ｓ）、氯（Ｃl）、氩（Ａr），为非金属元素，Ｓi位于其中间。金属易导电，而非金属单质一般不易导电。因此，可以理解Ｓi的导电性介于导体和绝缘体之间，为半导体。‎ ‎［多媒体播放］‎ ‎［课堂小结］‎ ‎ 师：本节课我们学习了硅酸盐的重要用途及性质，了解了硅酸钠的特性——耐火。知道了Ｓi单质的重要用途。从结构上、从周期表的位置，进一步理解了Ｓi的性质。21世纪人类所面临的重大问题之一：能源危机。而从书上我们了解到Ｓi是极具发展前景的新能源材料。同学们，随着人们对Ｓi及其化合物的认识越来越深刻，随着科学技术的不断发展，我们有理由相信Ｓi及其化合物会对人类作出更大的贡献，给人类带来更大的惊喜！‎ ‎（多媒体回放 Ｓi及硅酸盐的重要用途）‎ 板书设计 二、硅酸盐 ‎1.定义：‎ ‎2.用途（记住用途）：‎ ‎3.性质：‎ 8‎ ‎4.代表：Na2SiO3‎ 三、硅单质 ‎1.结构：‎ ‎2.周期表中位置：‎ ‎3.用途：‎ ‎4.性质：①O2 ②F2 ③NaOH ④HF（Si的特殊性）‎ 小结：‎ 活动与探究 ‎1.玻璃的形成 ‎ 有这样一个古老的传说：有一群波斯商人贩卖一车一车的纯碱（Na2CO3），晚上在大海边上宿营休息。夜间海边刮起了大风，怎么办？商人们就想在海边的沙滩上生火取暖。于是他们就从车上搬下大碱块，用大碱块把火围了起来形成一个一个的大火盆，在篝火边商人们睡着了。等到天亮，商人们又要赶路了。当他们想把大碱块搬上车时，眼前的情形让他们惊呆了：大碱块和沙子熔在了一起，形成了一大块坚硬透明的固体！这是什么原因造成的？你能帮助他们解释么？‎ 反应方程式 解释 ‎ 2.从教材上的一句话“光电池是极有发展前景的新型能源”，请你分析这一句话的含义。‎ 随堂练习 ‎1.下列不属于传统硅酸盐产品的是（ ）‎ A.玻璃 B.水泥 C.光导纤维 D.陶瓷 答案:C ‎2.下列不是水玻璃用途的是（ ）‎ A.玻璃 B.木材防火剂 C.纸板黏胶剂 D.建筑装饰材料 答案:A ‎3.钢筋混凝土强度大，常常用来建造高楼大厦、桥梁涵洞、高速公路等，在现代社会中发挥着举足轻重的作用，下面是钢筋混凝土的主要成分的是（ ）‎ A.水泥、沙子和钢筋 B.水泥、沙子、碎石和钢筋 C.水泥、碎石和沙子 D.水泥、沙子、碎石和水 答案:B ‎4.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（ ）‎ A.CO2→H2CO3 B.SiO2→Na2SiO3‎ C.Na2O2→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3‎ 答案:D ‎5.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )‎ A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2‎ D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀 答案:B 8‎ ‎6.某无色溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中符合此条件的是（ ）‎ A.Ag+、Al3+、K+ B.、、K+‎ C.Ag+、Cu2+、Na+ D.Ag+、Ba2+、Na+‎ 答案:AB ‎7.下列说法不正确的是( )‎ A.3CaO·Al2O3是水泥主要成分之一 B.Na2O·CaO·6SiO2是普通玻璃的组成 C.玻璃没有固定的熔点 D.欲观察氢气燃烧的火焰颜色，可采用普通玻璃管作燃烧管 答案:D ‎8.下列离子方程式，正确的是（ ）‎ A.澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2++2OH-+CO2====CaCO3↓+H2O B.碳酸钠溶液中加入二氧化硅：+SiO2====+CO2↑‎ C.二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2 +2OH-====+H2O D.硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH-====+2H2O 答案:CD ‎9.用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：‎ ‎（1）计算机芯片的主要成分是____________。‎ ‎（2）光导纤维的主要成分是____________。‎ ‎（3）目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是____________。‎ ‎（4）用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为_________的化合物。‎ 答案:(1)硅（或Si或单晶硅）‎ ‎(2)二氧化硅（或SiO2） (3)硅（或Si）‎ ‎(4)铝硅酸盐（或硅铝酸盐）‎ ‎10.某学生兴趣小组想利用高岭土（其主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O）制作新型净水剂的试验。试验程序如下：‎ 其中滤液C就是欲求的净水剂。试回答下列问题：‎ ‎（1）写出混合物A，滤液C和沉淀D的主要成分：‎ A：__________________，C：__________________，D：__________________。‎ ‎（2）写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式________________________。‎ 8‎ ‎（3）该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有____________。‎ A.玻璃坩埚 B.瓷坩埚 C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚 答案:（1）NaAlO2和Na2SiO3 AlCl3 H2SiO3‎ ‎（2）Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ ‎（3）D 习题详解 ‎1.答案:(1)⑧⑩ (2)⑤⑥⑦⑨ (3)①②③④‎ 点拨：①②③④属于硅酸盐产品；⑤⑦⑨的主要成分是SiO2，⑥中用到SiO2；用到硅单质的是⑧⑩。‎ ‎2.答案：‎ 材料 物理性质 化学性质 玻璃 硬度高、耐磨损，耐高温，较脆 化学性质很稳定 陶瓷 硬度高、耐磨损，耐高温 化学性质很稳定 ‎3.答案：Na2SiO3+H2SO4+H2O====Na2SO4+H4SiO4↓ H4SiO4====H2SiO3+H2O ‎4.答案：B ‎5.答案：普通玻璃、石英和陶瓷都含有SiO2，可与烧碱发生反应：SiO2+2NaOH====Na2SiO3‎ ‎+H2O ‎6.略 ‎7.答案：SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑‎ ‎8.答案：晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，主要应用于信息技术和光电池等方面。‎ ‎9.答案：（1）还原剂 （2）氧化还原反应（化合反应） 氧化还原反应（置换反应） 还原剂 ‎（3）沙滩上有大量的沙子，其主要成分是SiO2，用C或H2进行还原后得Si单质，可用到计算机等电器上。‎ 点拨：（1）在SiO2与C的反应中C的化合价由0变为+2，故C在此反应中作还原剂。‎ ‎（2）在Si与Cl2的反应中Si的化合价由0升高到+4，而Cl的化合价由0降到-1，故是氧化还原反应，也属化合反应；在SiCl4与H2的反应中H的化合价由‎0升到+1，故此氧化还原反应（也属置换反应）中H2是还原剂。‎ ‎11.答案：(1)n(Na2O)==0.21 mol n(CaO)==0.21 mol n(SiO2)==1.255 mol n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)=1∶1∶6‎ 氧化物表示为：Na2O·CaO·6SiO2‎ ‎(2)设需纯碱、石灰石和石英的质量分别为x、y、z Na2CO3 ~ Na2O CaCO3 ~ CaO ‎106 62 100 56‎ x·95% 10 t×13%×31 y×80% 10 t×11.7%×31‎ 8‎ ‎ x=72.52 t y=80.96 t 需SiO2：10 t×75.3%×31÷95%=245.72 t 答：需纯碱72.52吨，需石灰石80.96吨，需石英245.72吨。‎ ‎12.略 8‎