第4章 第1节 无机非金属材料的主角——硅 第2课时.doc

1第第 2 课时课时 教学设计教学设计 三维目标三维目标 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。 教学重点教学重点硅酸盐的性质及重要用途、硅的用途 教学难点教学难点硅晶体结构，硅酸盐的组成 教具准备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。2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2 3CO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2 3CO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。3多媒体播放 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i 元素，以 SiO2的形式表示，金属元素如 Na、g、l、Ca 等，以它们常见的氧化物形式表示，元素以2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：21K2O·21Al2O3·3SiO2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+ 32HCO+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 P7879 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。4生：（归纳总结） （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i 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i 的半导体性质？生：同一横行中，i 左边的元素为钠（Na） 、镁（g） 、铝（l） ，都是金属元素；i 右边的元素 分别为磷（） 、硫（） 、氯（l） 、氩（r） ，为非金属元素，i 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i 的导电性介于导体和绝缘体之间，为半导体。 多媒体播放新能源光缆半导体材料用途应高温下可发生一系列反溶液反应常温下只能与都不反应与常温下不活泼化学性质质脆大硬度高熔点灰黑色固体态些性质预示可能具有金属的某金属光泽色物理性质正四面体空间构型无定形硅晶体硅晶体结构,:2:,:)1410(:)(:,4222342SiClClSiSiOOSiSiCCSiNaOHHFHNOSOHHClCSi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i 单质的 重要用途。从结构上、从周期表的位置，进一步理解了i 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i 是极具发展前景的新能源材料。同学们，随着人们对i 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i 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 i 及硅酸盐的重要用途） 板书设计板书设计 二、硅酸盐 1.定义： 2.用途（记住用途）：53.性质： 4.代表：Na2SiO3 三、硅单质 1.结构： 2.周期表中位置： 3.用途： 4.性质：O2 F2 NaOH HF（Si 的特殊性） 小结： 活动与探究活动与探究 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.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2O2Na2CO3 D.SiO2H2SiO3 答案答案: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 答案答案:B66.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.2 3SiO、 2AlO、K+C.Ag+、Cu2+、Na+ D.Ag+、Ba2+、Na+ 答案答案: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+H2OB.碳酸钠溶液中加入二氧化硅：2 3CO+SiO2=2 3SiO+CO2C.二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2 +2OH-=2 3SiO+H2OD.硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH-=2 3SiO+2H2O答案答案: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：_。7（2）写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式_。 （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 答案答案:（1）NaAlO2和 Na2SiO3 AlCl3 H2SiO3（2）Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2；SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2（3）D 习题详解习题详解 1.答案答案:(1) (2) (3) 点拨：属于硅酸盐产品；的主要成分是 SiO2，中用到 SiO2；用到硅单质的是 。 2.答案：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：答案：Na2SiO3+H2SO4+H2O=Na2SO4+H4SiO4 H4SiO4=H2SiO3+H2O 4.答案：答案：B 5.答案：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：答案：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO28.答案：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：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：答案：(1)n(Na2O)=16213molgg=0.21 mol n(CaO)=1567 .11molgg=0.21 moln(SiO2)=1603 .75molgg=1.255 moln(Na2O)n(CaO)n(SiO2)=116 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 CaO8106 62 100 56 x·95% 10 t×13%×31 y×80% 10 t×11.7%×31x=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