第三单元　含硅矿物与信息材料ppt课件课堂实录

第三单元

含硅矿物与信息材料

一、

教材分析

专题三矿物到基础材料这一专题是按照“物质的性质与用途间的关系”这样一条主线，以元素为线索，突出了“结构决定性质，性质决定用途”的学科思想。硅及其化合物在非金属材料和信息技术等领域，在建筑、光电及航空航天等方面有广泛的应用，前景广阔，由于具有极高的应用价值，教材确立了它在非金属家族中的“第一”地位。同时，学生对硅的化合物有较多接触，有很好的感性认识：硅是地壳中基本骨干元素，自然界岩石、土壤、沙子都主要以二氧化硅或硅酸盐形式存在，玻璃、水泥、水晶等硅的化合物又是学生在日常生活中所熟悉的物质，学起来充满兴趣。硅及其化合物放在第一节，也体现了硅元素存在的普遍性和广泛性。

本节内容先由大家熟悉的SiO2学起，认识了对应的硅酸，再学习对应的硅酸盐，最后才介绍单质硅。先学习比较熟悉的硅的化合物，再学习单质硅的顺序符合认知规律，有利于学生学习。本节课通过大量图片唤起学生已有的知识经验，编排上新颖、实用，对硅及其化合物的“存在和用途”的详细介绍，让学生充分理解了物质的性质与用途之间的因果关系，增强学生的感性认识，又从感性经验上升为理性认识：除了“结构决定性质，性质决定用途”得知识脉络，同时掌握

“用途体现性质，性质体现结构”的思维方法。把已有知识碳和二氧化碳的结构、性质，与硅及其化合物的结构、性质联系，培养学生运用类比方法的学习能力。

二、教学目标

1．知识和技能

（1）知道硅是一种亲氧元素，知道硅在自然界总是以与氧结合的形式存在，知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。

（2）知道二氧化硅晶体的物理性质，了解二氧化硅晶体的结构对其物理性质的影响。

（3）能列举二氧化硅的主要用途，知道石英、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分为二氧化硅。

（4）知道二氧化硅能与氢氟酸、碱性氧化物、强碱反应，并能用化学方程式描述。

（5）知道硅酸是一种很弱的酸（酸性比碳酸弱）且难溶于水。知道硅胶是常用的干燥剂。了解硅酸的制备方法，认识强酸制弱酸的一般规律。

（6）了解硅酸钠水溶液的用途，能列举生活中常见的硅酸盐材料（陶瓷、水泥、玻璃）。

（7）了解以氧化物组合的形式表示物质的组成。

（8）了解单质硅的性质、应用和制取、提纯方法。

2．过程与方法

（1）采用对比的方法，在碳和硅、二氧化碳和二氧化硅的性质比较活动中，体会分类、对比等学习方法，使学生学会运用对比方法来认识物质的共性和个性，培养学生对知识的迁移和类比能力。

1

（2）利用教材76页“思考和交流栏目”，图片4-2，教材75页“科学视野”栏目，在硅、二氧化硅物理性质和用途的学习中，深入体会由用途分析性质的学习方法，让学生体会

“结构决定性质，性质决定用途”的学科思想。

（3）通过制取硅酸的实验4-1，让学生学习制取物质实验的设计方法，体会控制实验条件：如反应物浓度，反应物用量，温度等对实验结果的影响。

（4）通过实验4-2硅酸钠的防火作用的实验，让学生学习运用空白对照实验排除无关变量影响的实验方法，知道对比实验中控制变量的重要性。

3．情感态度与价值观

（1）认识硅及其化合物的广泛应用，认识化学在材料科学中的重要作用。体会化学的创造性与实用性，关注化学有关的实际问题。

（2）通过增强教学的直观性，展示硅酸盐产品在生活生产中的普遍性和重要地位，认识化学在材料科学中的重要地位，通过陶瓷等硅酸盐产品了解中华民族的传统文化，知道在陶瓷材料发展中我国人民作出了巨大的贡献。

（3）通过丰富的教学素材和手段充分认识硅是无机非金属材料的主角，体会“从沙滩到用户”等说法的现实意义。

三、教学重点、难点

二氧化硅的性质，硅酸的制备，硅酸钠的性质和用途；硅的性质、应用。

四、教学安排：2课时

第1课时：硅及化合物在自然界中的广泛存在和生产中的应用；二氧化硅的物理性质、化学性质和用途；硅酸性质、制取方法和反应原理、用途。

第2课时：硅酸盐性质、应用；硅酸钠的防火作用；硅酸盐产品的成分，在生活生产中的普遍性和重要地位；硅的性质、应用和制取、提纯方法。

五、教学设计思路

首先通过展示图片硅的广泛存在这一情景引入硅元素的广泛存在及其在无机非金属材料中，一直扮演着主要作用，让学生从感性经验上升为理性认识。接着引导学生通过回忆硅和碳的结构来分析其性质，引出硅的两种常见的化合物——二氧化硅和硅酸，与二氧化碳和碳酸相联系。再次展示图片水晶、玛瑙和二氧化硅结构、用途等图片，学生通过观察、思考、分析、总结二氧化硅的存在用途，并通过与二氧化碳结构性质的对比和用途的分析推测二氧化硅可能具有的性质。

通过实验探究巩固强酸制弱酸的理论教学及硅酸的制法。再次通过对比实验分别用蒸馏水和硅酸钠饱和溶液浸泡过的小木条在酒精等点火，用蒸馏水浸泡过的小木条能燃烧，而用硅酸钠饱和溶液浸泡过的小木条不能燃烧的实验事实，学生真实感受到水玻璃的防火作用。

通过图片展示硅酸盐产品、新型陶瓷、单质硅芯片等，以增加学生感性认识，结合教材课后习题9了解硅的制取、提纯方法。最后总结硅及其化合物的主要性质，总结硅及其化合物在信息技术、2

材料科学领域中的应用，使学生参与学习的机会较多，充分发挥学生的主观能动性。

六、教学过程

第一课时

【投影】教材图片4-1和展示硅自然界中存在图片

【引入新课】硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。硅在地壳中的含量为27.7%，在所有的元素中居第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅SiO2，占地壳总质量的87%。

我们脚下的泥土、石头和沙子，我们使用的砖、瓦、水泥、玻璃和陶瓷等等，这些我们在日常生活中经常遇到的物质，都是硅的化合物。

【投影】生活中硅及化合物应用图片

【讲述】①高纯的单晶硅是重要的半导体材料；可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料；将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，应用于军事武器的制造③光导纤维通信，最新的现代通信手段。④性能优异3

的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。

【结论】硅是无机非金属材料的主角

【板书】硅——无机非金属材料的主角

【讲述】“主角”两个字，足以看出硅的地位。可以这么说，没有感光材料，无法留下青春的回忆；没有高纯度晶体硅，就没有今天的奔腾处理器；没有含硅的新型材料，就没有神舟系列。

【学生活动】建议学生动手翻阅周期表（目的：为元素周期表的形成积累感性材料），在元素周期表中找到硅，并且写出硅和碳的原子结构示意图。

C

+6

2

4

Si

+14

2

8

4

【讲述】它们最外层均为四个电子，既不容易得到也不容易失去，性质稳定。

【学生思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同？从Si与C结构上的对比，

SiO2与CO2性质的有何联系？

【归纳总结】碳在自然界有稳定单质。硅总是与氧相互化合，硅元素在氧化性气氛包围的地球上，主要以SiO2及硅酸盐形式存在。SiO2与CO2性质有相似点和不同点。

【板书】1．二氧化硅

SiO2 【投影】水晶、玛瑙图片、用途等图片

【学生活动】阅读课本P74-75的内容，大家对天然二氧化硅进行树型分类

【思考和交流】请根据SiO2的存在和应用思考二氧化硅具有哪些物理性质？化学稳定性如何？你的根据是什么？SiO2的这些性质是由什么决定的？

【学生活动】填写P76思考交流并发言

【投影】二氧化硅的结构三维动画并展示模型

【结论】物理性质：熔点高、硬度大，化学稳定性好；二氧化硅性质的特殊性由结构决定，与二氧化碳结构不同，二氧化硅晶体中没有分子，是由硅原子和氧原子按1：2个数比形成的晶体。

【讲述】玻璃成分中含有二氧化硅。但可以用玻璃瓶来装酸、碱、盐试剂，这可以看出其化学性质稳定，不能够跟一般的酸发生反应，但HF除外。

【板书】（1）不与酸反应，氢氟酸除外

SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O 4

【讲述】因为HF酸可以和SiO2反应，所以HF的保存就不能使用玻璃瓶，而用塑料或橡胶瓶，我们可以用这个性质在玻璃上雕刻花纹，量器上雕刻刻度等。

【展示】装有NaOH的试剂瓶使用橡胶塞的图片

【提问】装有NaOH的试剂瓶为什么使用的是橡胶塞

【学生讨论】玻璃中有二氧化硅，氢氧化钠与二氧化硅反应，氢氧化钠腐蚀玻璃。

【结论】能和碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物。SiO2是酸性氧化物。

【对比】将CO2和SiO2比较，CO2是酸性氧化物，所以它具有酸性氧化物的通性，即能与碱、碱性氧化物反应。SiO2能与碱、碱性氧化物反应。

【学生活动】书写二氧化碳和CaO反应的方程式，和NaOH反应的化学方程式，推测SiO2和CaO反应的方程式，和NaOH反应的化学方程式。

【板书】（2）与碱性氧化物反应

CO2+CaO＝CaCO3

（3）与碱反应

CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O

SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 通过对比的方法来加深学生对CO2和SiO2性质的理解，同时锻炼学生书写方程式能力

【总结】二氧化硅是酸性氧化物。正是因为其能与NaOH发生反应，所以其瓶塞使用的是橡胶塞。

【提问】CO2溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，它对应的酸是什么？如何制取？

【学生分组实验4-1】试管中取3ml Na2SiO3溶液，滴入2滴酚酞，逐滴加入浓度为6mol/L的稀盐酸，边加边振荡，至红色变浅并接近消失时停止。

【学生观察思考】现象：红色消失，生成白色凝胶

结论：硅酸钠转化为硅酸

反应：Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(胶体)＋2NaCl 【演示】用激光笔演示丁达尔效应

【板书】2．硅酸

Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(胶体)＋2NaCl 建议学生分组实验，HCl用6mol/L，硅酸钠溶在热水中，再恢复到常温做实验，硅酸钠饱和溶液的用量和稀释方式按教材比例，试管易得到晶莹剔透、果冻状的硅酸溶胶，学生能体会到兴奋和惊喜。

【探究实验】 用什么实验事实能够证明硅酸的酸性比碳酸弱？

实验中可提供给学生吹管或碳酸钙，创设实验开放度，小组能体现学生的不同层次。若能制得CO2通入Na2SiO3溶液中，观察到白色胶状沉淀的生成，加深对H2SiO3的酸性弱于碳酸的认识。

【结论】CO2通入Na2SiO3溶液中，观察到白色胶状沉淀说明H2SiO3的酸性弱于碳酸

【总结】三种化合物之间构成硅三角关系。

5

SiO2+CaO

高温

CaSiO3

【课堂练习】课本P80习题4、5。

硅酸制备实验补充：

当pH6～7 时，可以得到不稳定的硅酸溶胶，用这种溶胶做丁达尔效应实验，现象很明显。若将该硅酸胶体稍稍加热，就会立即得到硅酸凝胶。

若要制备硅酸溶胶，完成实验4-1，HCl用6mol/L，硅酸钠溶在热水中形成饱和溶液，再恢复到常温做实验，硅酸钠饱和溶液的用量和稀释方式按教材比例，在硅酸钠溶液里加1～2 滴酚酞试液，溶液显红色，然后滴入酸性物质6mol/LHCl溶液，待红色变浅，刚好褪色时，即可得到硅酸溶胶，胶体丁达尔效应实验，现象很明显。

第二课时

【引入】展示图片：精美的陶瓷古玩、日常家庭使用瓷器、瓷刀、雄伟的混凝土建筑、我们所在的教学楼、水泥路面、玻璃工艺品、家庭玻璃用具、某些特种玻璃。以上所展示的图片，都是我们日常生活生产中随处可见的，它们用到的材料如陶瓷、水泥、普通玻璃都属于硅酸盐产品。硅酸盐产品这种就在我们身边无处不在应用，再次应证了本节的标题：硅——无机非金属材料的主角。

【讲述】那么，什么是硅酸盐呢？

【板书】二、硅酸盐

1．硅酸盐

【讲述】硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。上节课我们接触到的硅酸钠就是最简单的硅酸盐。硅酸盐在自然界分布极广，一般是固体，不溶于水；化学性质稳定。它的组成除了可以象其化学式Na2SiO3那样表示之外，还可以用二氧化硅和金属氧化物的组合来表示。

【目标阅读】从资料卡片了解硅酸盐组成的另外一种表示方法。

【讲述】我们上节课在实验4-1中，已经接触了硅酸钠的有关反应。我们这节课就以硅酸钠为例学习硅酸盐的主要性质。

【板书】2．Na2SiO3 【展示】一瓶硅酸钠的水溶液。学生观察。

【板书】（1）可溶于水，其水溶液的俗名叫水玻璃；保存时用橡皮塞。

【讲述】回忆上节课实验CO2通入Na2SiO3溶液中，观察到白色胶状沉淀的生成，说明H2SiO3的酸性弱于碳酸

【问题】

硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象，其原因是什么？硅酸钠水溶液保存时要注意6

什么？

【学生活动】书写方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O ＝

H2SiO3＋Na2CO3

【板书】（2）硅酸钠的化学性质：溶液显碱性，能与盐酸，二氧化碳反应生成硅酸

【学生思考】请比较盐酸、碳酸和硅酸之间的强弱

【总结并板书】酸性强弱：盐酸

> 碳酸

> 硅酸

【演示】实验4-2，采用滤纸条。

【学生活动】请根据现象思考并讨论后填写实验4-2后的表格。在讨论时请特别留意为什么要将其中的一条滤纸放入蒸馏水，这对结论有什么样的影响？

【总结】

滤纸条

现象

结论

放入蒸馏水

蒸干后燃烧

放入Na2SiO3

饱和溶液

蒸干后起泡，不易燃烧

Na2SiO3具有阻燃作用

以上实验属于对照实验，其中蒸馏水组成为空白对照试验组，其目的是为了证明实验的严谨性与提高实验的可信度，空白对照实验可排除其他变量影响。经过空白对照试验，我们可以确定起到阻燃作用的是硅酸钠。

【板书】（3）阻燃作用，可做防火剂

【图片展示】有关三大硅酸盐产品的原料、制作工艺、设备、成品及用途的图片。

【目标阅读】教材78面常见硅酸盐产品的介绍

【板书】3．硅酸盐产品

【学生活动】阅读课本三大硅酸盐产品的有关内容并填写下表。

硅酸盐产品

陶瓷

普通玻璃

水泥

原料

粘土

纯碱、石灰石、石英

石灰石、粘土

主要成分

/ 硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅

/ 【讲述】陶瓷、水泥、普通玻璃都属于传统硅酸盐产品。随着科技的进步和人们对材料要求的提高，现在出现了很多新型硅酸盐材料和含硅材料。

【图片展示】新型硅酸盐材料和含硅材料

【引入】以上展示的各种材料用途广泛，地位重要，它们都有一个共同的特点：含有硅元素。硅是无机非金属材料的主角，我们有必要对单质硅的性质有所了解。

【板书】三、硅单质

【学生活动1】回忆碳的有关性质，阅读课本有关内容，思考以下问题并完成下表：

1．碳和硅的原子结构有何相同点和不同点？

2．碳和硅单质存在形式有何相似和不同之处？性质有何异同？

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