高一化学必修1第一节无机非金属材料的主角—硅（1）教学设计

高一化学必修 1 第一节无机非金属材料的主角—硅（1）教学设计 三维目标： ①了解硅元素在自然界中的存在形式及二氧化硅的性质； 知识与技能： ②了解硅酸的性质及制法，了解硅酸钠的性质； ③知道硅、二氧化硅的在信息技术、材料等领域的应用。 过程与方法： ①自主学习，培养学生的自学能力。 ②通过硅与碳比较，培养学生归纳能力、比较能力。 情感、态度 ①通过硅及其用途的学习使学生热爱自然，热爱化学。 与价值观 ②培养学生学习元素化合物知识的正确方法。 教学重点： 二氧化硅的主要化学性质 教学难点： 二氧化硅晶体结构 教学方法： 系生产和生活实际，激发学生的学习兴趣 教学准备： 多媒体课件 教学过程： 第一课时 【引言】在上一章我们已经学习了金属及其化合物的知识，我们知道，在已 经发现的一百多种元素中，金属占了大约 80%，除稀有气体外，非金属元素只有 十多种，它们大都位于元素周期表的右上部。本章我们将要分别学习硅、氮、硫、 氯这四种元素及其所形成的化合物的知识，这些元素的化合物的性质与人类社会 有密切的关系。 第四章 非金属元素及其化合物 【过渡】这节课我们首先来学习一种非常重要的无机非金属材料—硅。 【板书】第一节 无机非金属材料的主角——硅 ［图片展示］第一组：岩石、沙子、土壤；第二组：水晶、玛瑙、石英光导 纤维；第三组：陶瓷、玻璃、水泥；第四组：U 盘、硅太阳能电池、计算机芯片。 【过渡】通过以上关于硅的精美图片，我们不难发现，硅及其化合物在非金 属材料和信息技术等领城，在建筑、通信、光电技术及航空航天等方面有广泛的 应用，在社会发展历程中、国民经济中、信息化社会中扮演了重要的角色。 【问题】请简要阅读课文第一自然段后回答课文标题中“无机非金属材料的 主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么？（学生回答：硅含量仅次于氧，硅 的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分。展示：硅在地壳中的含量。） ［讲述］硅在地壳中的含量为 26.3%，硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的 大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量 90％以上。各种各样的硅酸盐和水、 空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅 一直扮演着主角的角色。【板书】硅的存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，硅的氧化物及硅酸盐约占 地壳质量 90％以上。 ［设问］为什么硅的用途这么广泛呢？我们经常说结构决定性质，那么， 硅的性质与它的结构有什么必然联系呢？请同学们利用原子结构进行探究。 【探究问题】 1、请画出碳和硅原子结构示意图。 2、碳元素和硅元素的原子结构有什么异同？原子最外层电子决定物质性质， 推测硅单质的性质有哪些？ ［探究结论］硅和碳元素一样，原子最外层均有四个电子。其原子即不容易 失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。二氧化硅、硅酸和硅酸盐 是硅的最重要的化合物。 【过渡】虽然硅的原子既不易失电子，也不易得电子，但是它却很喜欢跟氧 呆在一起，是一种亲氧元素。因此，它在自然界中总是与氧相互结合，主要以氧 化物及硅酸盐的形式存在。下面我们就从最简单的硅的氧化物二氧化硅入手来学 习硅。 ［板书］一、二氧化硅（SiO2） ［引导］请同学们阅读教材 P75。根据图片和文字回答， SiO2 的存在形态？ SiO2 具有哪些用途？ ［讲述］地球上天然二氧化硅成为硅石，约占地壳质量的 20％，存在形态有 结晶性和无定性两种。 ［板书］1、存在形态：二氧化硅是硅元素的最重要的化合物，二氧化硅的 存在形态有结晶形、无定形两大类，统称硅石。 （1）二氧化硅的晶体是石英，石英分为水晶和玛瑙。石英中无色透明的晶 体是水晶；石英中具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。 ［图片展示］水晶、玛瑙、石英光导纤维、石英坩埚。 水晶 玛瑙 玛瑙饰品 石英坩埚 光导纤维晶体结构：请同学们课后阅读教材 P75 科学视野。 （2）二氧化硅晶体模型： ［分析］将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧 原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合， 形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就 形成了具有空间网状结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子结合， 所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为 1:2，SiO2 只表示一种比例关系，并不 表示晶体中存在 SiO2 的小分子。 ［讲述］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。 2、用途：石英可用来做工艺品、光学仪器、光导纤维、建筑材料、耐高温 耐磨仪器。 【思考与交流】根据二氧化硅的存在和用途分析，二氧化硅的物理性质是什 么？二氧化硅是否稳定？二氧化硅性质与什么有关？ 【结论】熔点高、硬度大，不溶于水的固体；性质稳定；结构稳定决定了性 质稳定。 3、物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水的固体。 【过渡】由以上分析可知，由于二氧化硅结构稳定，所以化学性质也比较 稳定。性质稳定，并不是不和别的物质反应。 4、化学性质： ［讲述］二氧化硅是酸性氧化物，在一定条件下能与强碱、碱性氧化物反 应。 （1）SiO2 与 CaO 反应： （2）SiO2 与 NaOH 溶液反应： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 注意：该反应在常温下，缓慢反应。 ［思考］实验室盛装 NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为 什么吗？ ［结论］已知玻璃中含有 SiO2，NaOH 和 SiO2 常温下缓慢反应可以生成硅 酸钠，而硅酸钠是一种粘合剂，能将瓶塞与试剂瓶粘在一起，所以实验室中盛放 碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 展示：瓶塞被粘住一个试剂瓶。要学生来打开，引发学生讨论。 （3）SiO2 的特殊性：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 注意：该反应在常温下，迅速反应。 ［强调］酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而 SiO2 只能与氢氟酸反应， 不能与其它酸反应，这是用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。［思考］氢氟酸和 NaOH 溶液均可以在常温下和玻璃中的 SiO2 反应，为什么 可用氢氟酸雕刻玻璃？而不用 NaOH 溶液？用什么容器来盛氢氟酸？ （4）SiO2 与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产） 【小结】SiO2 化学稳定性好，常温下可以与强碱（如 NaOH）等缓慢反应， 属于酸性氧化物，可以与氢氟酸反应，不与其它酸反应。 ［过渡］刚才我们提到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。 ［板书］二、硅酸(H2SiO3) 1、硅酸的制取： 【思考】：硅酸（H2SiO3）能通过二氧化硅与水反应制得吗？为什么？ 【结论】由于 SiO2 不溶于水，所以硅酸可以通过可溶性硅酸盐和酸反应制取。 ［实验４—１］试管中加入３～５ｍL Na2ＳiＯ3 饱和溶液，滴入２～３滴酚 酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边震荡，至红色变浅并接近消失停 止，记录现象。 现象 红色消失，有透明凝胶产生 结论 可以用 Na2SiO3 和 HCl 反应制取 H2SiO3 化学方程式 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（胶体） 2、物理性质：白色胶状物，不溶于水。 3、化学性质：弱酸，酸性比碳酸还弱，可以与强碱反应。受热干燥失水， 形成硅胶干凝胶，做干燥剂。 Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3 H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O 4、用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药 品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 ［课堂习题］ 1、南方某一工厂工人经常得一奇怪的肺病（肺矽病），经查此病主要是由 一种矿物粉尘在空气中含量过高而引起，粉尘得主要成分是( ) A．C B．CaCO3 C．SiO2 D． Si 2、下列有关二氧化硅的叙述中错误的是( ) A．SiO2 是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸(H2SiO3) B．硅酸可由 SiO2 直接制得 C．SiO2 可与碱性氧化物或强碱反应 D．光导纤维的主要原料就是 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．硅酸钠溶液 B．氢氟酸 C．氢氧化钠溶液 　D．氯化钠溶液 〖板书设计〗 第一节 无机非金属材料的主角——硅 一、二氧化硅（SiO2） 1、存在形态：结晶形、无定形； 2、物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水的固体。 3、化学性质： （1）与 CaO 反应 （2）与 NaOH 溶液反应 （3）与氢氟酸反应 4、用途：可制造光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件等。 二、硅酸1、硅酸的制取 2、物理性质 3、化学性质 〖教后记〗