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硅及其重要的化合物
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)技能:在學(xué)習(xí)碳族元素知識(shí)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)硅的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。
能力培養(yǎng):通過聯(lián)系碳的已學(xué)知識(shí)來學(xué)習(xí)硅的新知識(shí),有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新舊知識(shí)進(jìn)行歸納比較的邏輯思維能力;通過金剛石的結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生的空間想像能力。
科學(xué)思想:通過定量和定性分析,認(rèn)訓(xùn)晶體類型與晶體主要物理性質(zhì)的關(guān)系。進(jìn)一步滲透結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀點(diǎn)。
科學(xué)品質(zhì):在學(xué)生從書本和課堂汲取知識(shí)的同時(shí),介紹我國(guó)古仿科學(xué)家的重大發(fā)明和當(dāng)代國(guó)內(nèi)外的新技術(shù)、新成果。在大量的直觀感性材料的陪襯下,使化學(xué)學(xué)習(xí)不再使人感到枯燥乏味而是生動(dòng)有趣;為學(xué)生構(gòu)架一座從書本知識(shí)到現(xiàn)代科技知識(shí)和生活實(shí)際的橋梁。有助于學(xué)生開闊眼界,提高科技文化素養(yǎng)。理解更多的現(xiàn)代相關(guān)科學(xué)理論與技術(shù)。
科學(xué)方法:通過對(duì)硅晶體樣品、金剛石球棍模型、硅晶體常溫超真空掃描隧道顯微鏡圖像的觀察,進(jìn)行“觀察方法”這一自然科學(xué)方法的指導(dǎo)。
重點(diǎn)難點(diǎn)
理解掌握晶體微粒種類及其相互間作用力與晶體類型關(guān)系;晶體類型與晶體主要物理性質(zhì)的關(guān)系;掌握理論知識(shí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)硅元素性質(zhì)知識(shí)的方法;培養(yǎng)空間想像能力,會(huì)把平面圖想像成空間結(jié)構(gòu),又能把空產(chǎn)結(jié)構(gòu)表示在平面圖上。
教學(xué)過程
教 師 活 動(dòng)
學(xué) 生 活 動(dòng)
引言
展示
講述
展示
中國(guó)譽(yù)稱“瓷國(guó)”。陶瓷是我中華民族一項(xiàng)最偉大的創(chuàng)造,具有悠久而輝煌的歷史。原始陶器大約是1萬年前出現(xiàn)在中國(guó)!疤铡弊鳛闅v史上第一種人造材料成為人類擺脫蒙昧的時(shí)代標(biāo)志,秦兵馬俑的制造展示了當(dāng)時(shí)制陶規(guī)模和高超的動(dòng)手術(shù)與藝術(shù)水平。
秦兵馬俑圖片或錄像。
瓷器在東漢晚期發(fā)明,到寧朝形成了舉世聞名的“柴”、“汝”、“哥”、“鈞”、“定”、“官”幾大名窯,其制品工藝之精湛達(dá)到“青如天”、“薄如紙”、“聲如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。
古陶器的圖片或錄像。
觀看兵馬俑圖片或古瓷器圖片、錄像等。
設(shè)問
展示
講解
你能否舉出在現(xiàn)代社會(huì)中含硅元素的無機(jī)非金屬材料嗎?
體現(xiàn)現(xiàn)代文明的無機(jī)非金屬材料的圖片,如:加上“硅窗”的保鮮袋,超導(dǎo)材料,電子陶瓷,集成電路等。
能源、材料、信息,是文明的三大支柱。而能源問題的解決和信息社會(huì)飛速發(fā)展的前提是能源材料、信息材料的突破。硅在現(xiàn)代電子,航空航天,敏感材料,超導(dǎo)材料中起著十分重要的作用。我國(guó)正努力奪回世界材料科學(xué)的領(lǐng)先地位,再創(chuàng)中國(guó)材料科學(xué)的輝煌。
回答:含硅元素的無機(jī)非金屬材料有用于制造電腦的半導(dǎo)體材料如晶體管、集成電路,用于信息傳遞的光導(dǎo)纖維。玻璃、水泥以及超導(dǎo)材料等到。
聯(lián)想我國(guó)古代歷史發(fā)明的輝煌的同時(shí),了解當(dāng)代國(guó)內(nèi)外新技術(shù),新成果,以及我們與世界先進(jìn)水平的差距。
設(shè)問
講述
誰知道硅在地殼中的含量?誰又知道硅在宇宙范圍內(nèi)的存量?
硅在地殼中的含量為27.72%,僅次于氧居第二位。在宇宙范圍內(nèi),硅的存量次于氫、氦、碳、氖、氧、氮,占第七位。
回答:硅是自然界中分布很廣的一種元素,它的含量?jī)H次于氧居第二位。在宇宙范圍內(nèi)的存量不清楚。
教 師 活 動(dòng)
學(xué) 生 活 動(dòng)
指導(dǎo)閱讀
板書
講述
展示
設(shè)問
閱讀課本第3頁,第一、二自然段。
一、硅在自然界中的存在形式
人類雖然在一萬年前制出了陶器,五千年前古埃及人發(fā)明了玻璃。而人類真正認(rèn)識(shí)硅元素是在1823年由瑞典化學(xué)家貝采利烏斯用金屬鉀還原四氟化硅時(shí)獲得單質(zhì)硅的。
硅晶體樣品或彩圖。
請(qǐng)同學(xué)描述一下單質(zhì)硅的色態(tài)?
閱讀后歸納課本內(nèi)容并回答:在自然界中無單質(zhì)形式存在的硅,只有化合態(tài)硅。硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素。
回答:硅是灰黑色有金屬光澤的固體。
板書
硅的物理性質(zhì)
講述
展示
投影
提問
展示
投影提問
在當(dāng)今時(shí)代人們已能通過儀器觀察一些物質(zhì)的原子排列狀況,1990年美國(guó)等少數(shù)國(guó)家首先在
-296℃的低溫下移動(dòng)了原子。
1993年中國(guó)生物學(xué)院真空物理實(shí)驗(yàn)室在常溫下以超真空掃描隧道顯微鏡為手段,通過用探針拔出硅晶體表面硅原子形成約2nm的漢字中國(guó)圖片。
(見附1)
硅晶體結(jié)構(gòu)平面圖。
1.畫出平面圖中硅晶體的最小結(jié)構(gòu)單元。
2.畫出最小結(jié)構(gòu)單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
金剛石晶體球棍模型
在金剛石和硅晶體結(jié)構(gòu)中,由碳原子或硅原子直接相連形成的最小環(huán)上有_____個(gè)碳原子或有____個(gè)硅原子。相鄰的Si—Si鍵角_______,相鄰的
C—C鍵角_______。
回答:最小的碳原子環(huán)上有6個(gè)碳原子。同樣最小的硅原子環(huán)上有6個(gè)硅原子。鍵角均為109°18′
投影
鍵長(zhǎng)
鍵能
晶體硅
2.35×10
222KJ/mol
金剛石
1.55×10
345KJ/mol
提問
通過以上對(duì)硅晶體與金剛石晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)比,請(qǐng)你分析一下結(jié)構(gòu)對(duì)它們主要物理性質(zhì)的影響?
回答:硅晶體與金剛石同屬原子晶體,均為四面體結(jié)構(gòu),并向空間無限伸展成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它們的物理性質(zhì)特點(diǎn)為硬度大,熔、沸點(diǎn)高。但金剛石的鍵長(zhǎng)短,鍵能大,所以其硬度,熔、沸點(diǎn)高于晶體硅。
C N O Si
總結(jié)
晶體硅、金剛石、二氧化硅、碳化硅同屬原子晶體,請(qǐng)同學(xué)們討論一下這四種晶體的熔、沸點(diǎn)高低順序?
晶體硅的物理性質(zhì):
1.硅的熔、沸點(diǎn)高,硬度大。
2.由于硅原子半徑大外層電子受核引力較小,因而是具有一定導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體。與處于兩性線附近的鍺一樣,是重要的半導(dǎo)體材料。
討論思路:
1.構(gòu)成原子晶體的微粒為原子;
2.晶體內(nèi)結(jié)合力取決于原子間形成的共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)和鍵能;
3.周期表中 各原子位置。
得出結(jié)論:
原子半徑: Si>C>O
鍵長(zhǎng):C—C<Si—O<Si—C<Si—Si
鍵能:C—C>Si—O>Si—C>Si—Si
熔沸點(diǎn):
金剛石>二氧化硅>碳化硅>晶體硅
教 師 活 動(dòng)
學(xué) 生 活 動(dòng)
講述
投影
歸納總結(jié)
我們知道,碳在常溫下化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,在高溫下能跟氧氣等物質(zhì)反應(yīng)。下面請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)碳以及元素周期律知識(shí),討論歸納出一些硅的化學(xué)性質(zhì)?
碳、硅化學(xué)性質(zhì)對(duì)比表(見附2)
碳、硅為ⅣA元素,最外層4個(gè)電子,容易形成共價(jià)化合物。在化學(xué)性質(zhì)上的相似點(diǎn):常溫時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定,加熱時(shí)可與O2、Cl2、H2等許多非金屬反應(yīng)。碳和硅都具有還原性。硅可用做煉鋼時(shí)的脫氧劑。不同點(diǎn):SiH4不如CH4穩(wěn)定。硅可與氯氣直接反應(yīng),碳不能與氯氣直接反應(yīng),硅,的非金屬性比碳弱。另外硅在常溫下可與氫氟酸、強(qiáng)堿反應(yīng),碳則不能。
學(xué)生可能的回答:
1.硅、碳同屬ⅣA元素,最外電子層有4個(gè)電子。所以硅的化學(xué)性質(zhì)與碳相似。容易形成共價(jià)化合物。
2.也可發(fā)生的反應(yīng)。
Si+O2
將碳、硅化學(xué)性質(zhì)對(duì)比表記錄于筆記中。
板書
指導(dǎo)閱讀
講述
提問
四、硅的制法
課本第四頁
用適量碳還原二氧化硅得到粗硅。將粗硅與氯氣在高溫下反應(yīng),得液態(tài)不純的四氯化硅,經(jīng)分餾提純用氫氣還原即可得純硅。
寫出以上各步制純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式?
根據(jù)所講的知識(shí)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式:
2C+SiO2
Si+2Cl2
SiCl4+2H2
板書
投影
講述
小結(jié)
五、硅的用途
硅的應(yīng)用樹狀圖(或用電腦制作的課件來代替)。(見附3)
在科學(xué)家們的努力下,新思維、新方法層出不窮。人們正朝著按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子的目標(biāo)沖刺,多少奇跡展現(xiàn)眼前。到尋時(shí)新材料的研制和生產(chǎn)就像《一千零一夜》里的阿拉丁神燈一樣,幾乎無所不能,樣樣遂人心意地安排。
指導(dǎo)學(xué)生歸納本節(jié)內(nèi)容。
觀察與思考。
回憶本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容,師生共同總結(jié)。
隨堂檢測(cè)
1.在反應(yīng)3C+SiO2
A.1∶3 B.3∶1 C.2∶1 D.1∶2
X Y Z
硅及其重要的化合物(二)
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)技能:讓學(xué)生理解二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),掌握二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)了解其用途;并對(duì)硅酸的組成、性質(zhì)及硅酸鹽的組成和用途形成初步的認(rèn)識(shí);培養(yǎng)學(xué)生一定的操作技能。
能力目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力、自學(xué)能力;用對(duì)比的方法理解和掌握知識(shí)的能力,分析問題的思維能力。
科學(xué)思想:通過二氧化硅和硅酸鈉知識(shí)的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生樹立物質(zhì)“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途”間關(guān)系。
科學(xué)品質(zhì):通過展示水晶樣品和二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型,讓學(xué)生感受到化學(xué)世界里美的感染與激勵(lì),激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣;通過對(duì)二氧化硅和硅酸鹽用途的討論,讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)與社會(huì)的緊密聯(lián)系,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的情感需要;通過對(duì)聯(lián)國(guó)陶瓷發(fā)展史的討論,激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情。
科學(xué)方法:培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)由結(jié)構(gòu)入手認(rèn)識(shí)性質(zhì),由性質(zhì)認(rèn)識(shí)用途的方法;由模型入手認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)的方法;能表格來處理資料等科學(xué)方法。
重點(diǎn)難點(diǎn)
二氧化硅的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì);培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和對(duì)比分析的能力;培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)由結(jié)構(gòu)入手認(rèn)識(shí)性質(zhì),由性質(zhì)認(rèn)識(shí)用途的方法;培養(yǎng)學(xué)生用表格處理資料的科學(xué)方法。
教學(xué)過程
教 師 活 動(dòng)
學(xué) 生 活 動(dòng)
引言
板書
在地殼里,硅的含量在所有元素中居第二位。在自然界里硅只以化合態(tài)存在。你能寫出一些硅的化合物的化學(xué)式嗎?這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)硅的化合物的有關(guān)知識(shí),先乍二氧化硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。
二、二氧化硅
寫出上些含硅化合物的化學(xué)式:SiO2、Na2SiO3、H2SiO3
設(shè)問
你知道研究物質(zhì)的性質(zhì)有哪些常用方法?
對(duì)于二氧化硅可采用其中的什么方法?
分組討論。
紛紛說出前面學(xué)習(xí)中用過的方法。
討論后說出可用“通過結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)性質(zhì)”的方法,同時(shí)又與二氧化碳對(duì)比進(jìn)行研究。
講解
展示
投影
天然的二氧化硅分為晶體和無定形兩大類。石英、水晶、硅藻土等都含有二氧化硅,二氧化硅的物理性質(zhì)怎樣?
一塊水晶樣品,讓學(xué)生觀察后描述。指導(dǎo)學(xué)生對(duì)比后填寫表1-1中的物理性質(zhì)。
表1(見附1)
描述二氧化硅,填寫表1中物理性質(zhì)中的內(nèi)容。一學(xué)生寫在投影片上。
設(shè)問
二氧化硅與二氧化碳都是酸性氧化物,為什么二者的物理性質(zhì)有如此大的差異?請(qǐng)閱闈課本第5~6頁二氧化硅的結(jié)構(gòu)部分,填寫表1-1中二、三兩欄。
回答:結(jié)構(gòu)不同。閱讀課本找出原因是二氧化硅為原子晶體,而二氧化碳為分子晶體。
填寫表格。
設(shè)問
軟件演示
二氧化硅晶體的空間結(jié)構(gòu)如何?如何理解二氧化硅的化學(xué)式為SiO2?
二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)模型。
觀看后回答:SiO2晶體是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在SiO2晶體里,每個(gè)Si周圍結(jié)合四個(gè)O,同時(shí)每個(gè)O與兩個(gè)Si相結(jié)合,在SiO2晶體中原子個(gè)數(shù)比為1∶2,因此用“SiO2”這個(gè)式子表示二氧化硅晶體的組成。
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
設(shè)問
聯(lián)系二氧化碳化學(xué)性質(zhì),設(shè)想酸性氧化物二氧化硅可能會(huì)有哪些化學(xué)性質(zhì)?
回憶CO2的化學(xué)性質(zhì):思考后回答:SiO2的化學(xué)性質(zhì)為能與強(qiáng)堿反應(yīng),又能與堿性氧化物反應(yīng)。
指導(dǎo)閱讀
請(qǐng)閱讀課本第6頁化學(xué)性質(zhì)部分后填寫有關(guān)SiO2 、CO2的化學(xué)方程式。
閱讀后填寫化學(xué)方程式。一學(xué)生寫在投影片上。
設(shè)問
投影
比較二氧化硅和二氧化碳在化學(xué)性質(zhì)上的異同點(diǎn)。
二者化學(xué)性質(zhì)上的異同點(diǎn)。
(見附1)
對(duì)比后回答異同點(diǎn)。
設(shè)問
為什么二者與堿性氧化物反應(yīng)時(shí)條件有差異?
思考后回答:二氧化硅為原子晶體,且Si—O鍵鍵能大。
設(shè)問
二氧化硅的性質(zhì)決定它有什么用途?指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本第7頁用途部分。
二氧化硅還有哪些用途?分組討論。
閱讀后小結(jié)二氧化硅的用途。小組討論后發(fā)言:可用于光導(dǎo)纖維、制寶石、制單晶硅、制玻璃等。
板書
設(shè)問
演示
三、硅酸 硅酸鹽
1.硅酸
實(shí)驗(yàn)室如何制得硅酸?
將1∶2的HCl滴入飽和Na2SiO3溶液中,觀察現(xiàn)象。
回答:可用H2SO4、HCl、H2CO3與硅酸鹽反應(yīng)。
觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:產(chǎn)生白色膠狀沉淀。
講解
投影
這里看到的白求恩色膠狀沉淀是原硅酸,它在干燥的空氣中不穩(wěn)定,易失部分水變成白色粉未狀的硅酸,所以SiO2對(duì)應(yīng)的水化物有兩種。根據(jù)性質(zhì)填寫原硅酸、硅酸、碳酸的對(duì)比表。
表2(見附2)
感知原硅酸、硅酸的不同及相互轉(zhuǎn)化。填寫表2中的內(nèi)容。
一學(xué)生寫在投影片上。
設(shè)問
硅酸與碳酸相比哪種物質(zhì)的酸性強(qiáng)?其理論依據(jù)是什么?
如何通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證?
思考后回答:碳酸強(qiáng),因?yàn)橥髯逶貜纳现料伦罡邇r(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性逐漸減弱。 回答:向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體。
指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)
驗(yàn)證碳酸比硅酸酸性強(qiáng)。
演示:向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體,其他學(xué)生觀察記錄現(xiàn)象。
講解
板書
設(shè)問
下面我們了解硅酸鹽的知識(shí)。
2.硅酸鹽
什么叫硅酸鹽?閱讀課本第8頁第一段。
閱讀教材,理解硅酸鹽是指硅酸、原硅酸和由它們縮水結(jié)合而成的各種酸所對(duì)應(yīng)的鹽。
講解
硅酸鹽種類很多,大多難溶于水,可溶性硅酸鹽,最常見的是Na2SiO3,它的水溶液俗稱水玻璃,又稱泡花堿,是一種無色粘稠的液體,它有什么用途?
回答:制硅酸。
講解
展示
板書
實(shí)驗(yàn)室里用于制H2SiO3,工業(yè)上可制成硅酸凝膠,處理后就得硅膠。硅膠是一種很好的干燥劑和催化劑載體。
硅膠樣品
3.硅酸鈉的用途
(1)制硅膠
觀察硅膠。
記筆記。
設(shè)問
演示
Na2SiO3還有哪些用途?請(qǐng)觀察以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
用玻璃塞塞緊的長(zhǎng)期裝水玻璃的試劑瓶,拔其瓶塞。
觀察到瓶塞拔不出。
教 師 活 動(dòng)
學(xué) 生 活 動(dòng)
演示
將用水玻璃浸過的且已干燥的布條放在火焰上燒。
將用水玻璃浸過的長(zhǎng)期存放的鮮蛋敲碎。
觀察到布條沒有燃燒。
觀察到鮮蛋沒有壞。
設(shè)問
板書
由這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明Na2SiO3有什么用途?
(2)粘合劑;(3)耐火材料;(4)防腐劑。
紛紛說出Na2SiO3的用途:作粘合劑、耐火材料、防腐劑等。
講解
硅酸鹽種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為了方便記憶和計(jì)算,常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成。書寫順序?yàn)椋航饘傺趸、二氧化硅、水。若有兩種金屬氧化,則活潑的在前,較不活潑的在后。
記憶硅酸鹽氧化物形式表示的規(guī)律。
設(shè)問
請(qǐng)用氧化物的形式表示硅酸鈉[Na2SiO3]、鎂橄欖石[Mg2SiO4]、高嶺土[Al2(Si2O5)(OH)4]的組成,一學(xué)生寫在投影片上。
Na2O·SiO2
2MgO·SiO2
Al2O3·2SiO2·2H2O
講解
粘土也屬于硅酸鹽,其主要成分是高嶺土,可用于制造水泥和陶瓷。
感知粘土的成分和用途。
設(shè)問
硅酸鹽種類很多,用途很廣,試舉例說明。
紛紛說出硅酸鹽的用途:制玻璃、水泥、陶瓷、磚等。
設(shè)問
講解
為什么在英文中用China表示中國(guó)?
陶瓷在我國(guó)歷史悠久,但目前發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀,還需各位作出不懈努力,宏揚(yáng)民族文化精髓。
紛紛說出自己的看法:見效是中國(guó)人發(fā)明并最早使用,歐洲人視中國(guó)陶瓷為無價(jià)之寶,所以歐洲人把瓷器叫做“China”久而久之 “China”就成了中國(guó)的英文名稱。
講解
設(shè)問
請(qǐng)大家小結(jié)本節(jié)課的知識(shí)重點(diǎn)。
在這節(jié)課中,你我對(duì)化學(xué)與社會(huì)間的關(guān)系有什么認(rèn)識(shí)?
思考后回答:二氧化硅的結(jié)構(gòu)及其化學(xué)性質(zhì)。
回答:化學(xué)與社會(huì)的關(guān)系很緊密,社會(huì)的進(jìn)步離不開化學(xué)的發(fā)展。
作業(yè)
課本第9頁第4、5、6題。
隨堂檢測(cè)
1.你學(xué)過的原子晶體有哪些?其中屬于化合物的是什么?
2.用化學(xué)方程式表示二氧化硅是酸性氧化物。
3.下列溶液通入過量的CO2后無沉淀的有。
A.CaCl2 B.Ca(ClO)2 C.Na2SiO3 D.飽和Na2CO3溶液
檢測(cè)答案
1.金剛石、單晶硅、二氧化硅 二氧化硅 2.SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
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