第三单元　含硅矿物与信息材料教案教学设计

第三单元

含硅矿物与信息材料

★教学目标

知识技能：

1．了解硅、二氧化硅、硅酸、硅酸盐的存在与性质，认识硅及其化合物在生活实际中的重要应用。

2．

要求学生查阅资料，学会通过查阅资料来获取知识的学习方法,培养对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力

过程方法：

1．通过对自然界中存在的含硅化合物的学习，使学生了解硅元素在自然界的存在形式及硅酸盐的结构复杂性。

2．通过探究性实验掌握硅酸钠的有关知识；学会将硅酸盐的化学式书写氧化物的形式的方法和技巧。

3．通过对硅酸盐工业产品的了解，使学生了解到硅酸盐矿物的应用与人类文明的发展的密切关系。

4．利用图片、模型、表格、视频、实物、实验及多媒体教学手段等，增强直观性和形象性。

情感态度与价值观：

1．

从传统材料到信息材料的学习，激发学生学习兴趣，增强学生研究、探索、发现新材料的意识；体会“化学――人类进步的关键”这句话的思想内涵，增强学生学习化学的兴趣。

2．了解我国材料科学发展的成就、社会及科学技术的发展对新型材料的要求，激发学生爱国主义热情，提高社会责任感。

★

教学重点

硅酸钠

、单质硅

、二氧化硅的性质；硅酸盐的氧化物形式的书写

★

教学难点

单质硅和二氧化硅的结构

★

教学课时

第一课时：硅酸盐矿物、传统材料与信息材料的介绍。

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第二课时：单质硅、二氧化硅的结构和性质及它们的用途。

★

教学方法

探究式教学，多媒体教学法。

★

教学过程

第一课时

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

导入新课

：

在日常生活中，我们经常接触到玻璃、水泥、及陶瓷。同学们知道这些硅酸盐是用什么原料生产的吗？那这节课我们就来研究硅酸盐有关的知识。

提出问题

：

（1）硅元素在地壳中的含量怎样？

（2）硅元素在自然界主要有哪些存在形式？

解析：（1）地壳中硅元素的含量仅次于氧，约占总质量的四分之一。

（2）硅元素在自然界中主要是以硅酸盐和二氧化硅的形式存在。地壳质量的92％是硅酸盐和二氧化硅。

过渡：硅元素在自然界中广泛存在，主要是硅酸盐和二氧化硅的形式，下面我们先来了解硅酸盐的有关知识。

（多媒体展示）

自然界中的一些硅酸盐的图片及其化学式：

结论：硅酸盐的结构复杂

一、常见的硅酸盐

硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。

硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示组成。其改写的规律：①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。②顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“ · ”间隔。③注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。

如：滑石Mg3(Si4O10)(OH)2

可表示为3MgO·4SiO2·H2O 硅酸盐组成复杂，一般用氧化物的形式表示它们的组成：

（学生活动）锆石：ZrO2·SiO2

红柱石：Al2O3·SiO2

钙铝石榴子石：3CaO·Al2O3·3SiO2

镁橄榄石：2MgO·SiO2

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过渡：在硅酸盐中，硅酸钠是极少数溶于水中的一种，用途广泛，下面我们先来学习它的有关知识. 硅酸钠：Na2SiO3固体俗称泡花碱Na2SiO3

能溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是工业使用的一种黏合剂，耐火、耐腐蚀。

探究①

加水溶解，并检验其溶液酸碱性；

（学生活动）（硅酸钠水溶液呈碱性）

②向溶液中通二氧化碳或滴加稀盐酸观察现象；

（学生活动）（向溶液通二氧化碳有白色沉淀生成，滴加稀盐酸也有白色沉淀生成）

Na2SiO3 + 2H2O + CO2 == H4SiO4↓+Na2CO3

Na2SiO3 + 2HCl + H2O == H4SiO4↓+ 2NaCl(制取Na2SiO3) ③再向②中滴加氢氧化钠溶液观察现象。

（学生活动）(白色沉淀溶解)

H4SiO4 + 2NaOH == Na2SiO3 + 3H2O 深化理解：实验室保存Na2SiO3溶液的方法

因为硅酸的酸性比碳酸还弱，所以空气中的CO2可以和Na2SiO3水溶液发生如下反应Na2SiO3 +

H2O + CO2 == H2SiO3↓+Na2CO3从而使硅酸钠变质，因此保存硅酸钠要密封保存。同时，又由于硅酸钠为矿物胶，有较强的粘性，也不能用磨口的玻璃瓶和玻璃塞，以免瓶口粘结。

过渡：在丰富的硅酸盐中，除硅酸钠外，其它的在工农业生产中的作用如何？下面我们来了解传统的硅酸盐产品的有关知识。

水泥

：

（学生活动）生产原料：有黏士（主要成分为硅酸盐），石灰石。

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设备：水泥回转窑（高温煅烧）。

石膏：调节水泥的硬化速率。

产品主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3 [拓展视野]水泥的标号：325、425、525、625，水泥的标号越大其抗压强度越大。

玻璃：是一种混合物

（学生活动）玻璃生产的原料：石英、纯碱、石灰石

设备：玻璃熔炉（高温熔融）

主要反应：

SiO2 + Na2CO3

高温

Na2SiO3 + CO2↑,SiO2 + CaCO3

高温

CaSiO3 + CO2↑. 成份：Na2O·CaO·6SiO2

种类：钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃。

分子筛：利用硅酸盐内部结构的空隙，可用于分离、提纯气体或液体混合物；还可以作干燥剂、离子交换剂、催化剂、催化剂载体、净化水、净化空气、防毒器械、食品保鲜、电子产品处理、石油化工等方面。

[拓展视野]几种玻璃的特性和用途

种

类

普通玻璃

特

性

在较高温度下易软化

用

途

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

膨胀系数小，耐酸碱，强化学仪器；高压水银灯、石英玻璃

度大，滤光

紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等

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透光性能好，有折光和色眼镜片；照相机、显微镜、光学玻璃

散性

望远镜用凹凸透镜等光学仪器

耐腐蚀、不怕烧、不导电、太空飞行员的衣服、玻璃玻璃纤维

不吸水、隔热、吸声、防虫蛀

钢化玻璃

耐高温、耐腐蚀、强度大、运动器材；微波通讯器质轻、抗震裂

材；汽车、火车窗玻璃等

钢等

瓷器:

主要原料

：黏土、石英沙

板书设计：

第一课时

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

一、

硅酸盐矿物、硅酸盐产品（传统材料）

1.硅酸盐的结构：

（1）硅酸盐的结构复杂，常用氧化物的形式表示比较方便。硅酸盐结构稳定，在自然界中稳定存在。

（2）氧化物形式书写的规律：

①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。

②顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“•”间隔。

③注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。

2．Na2SiO3的性质：Na2SiO3易溶于水，水溶液俗称“水玻璃”

化学性质：（1）水溶液呈碱性（用PH试纸测），通CO2有白色沉淀：Na2SiO3 + CO2 +2 H2O == Na2CO3 + H4SiO4↓（原硅酸，白色胶状沉淀），离子方程式：SiO32

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－

＋

CO2 +2 H2O ＝＝

CO32－

＋

H4SiO4↓。

原硅酸不稳定，易失水成硅酸：H4SiO4 == H2SiO3 + H2O（硅酸在方程式中可代替原硅酸书写。）

硅酸受热分解：H2SiO3

△

H2O + SiO2

，

原硅酸和硅酸都是难溶于水的弱酸，酸性：H2CO3强于H4SiO4或H2SiO3。

(2)硅酸钠溶液中滴加稀盐酸有白色沉淀：

Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3↓，

离子方程式：SiO32－

＋

2H+ == H2SiO3↓.

(3)硅酸和氢氧化钠反应：H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O. 离子方程式：H2SiO3

＋

2OH－

＝＝SiO32－

＋2H2O 。

3. 硅酸盐产品（传统材料）

水泥

普通玻璃

制玻璃的主要反应：

SiO2 + Na2CO3

陶瓷

【随堂练习】

一、选择题

（

）

C．砖瓦

（

）

D．石英玻璃

高温

Na2SiO3 + CO2↑,SiO2 + CaCO3

高温

CaSiO3 + CO2↑. 1．下列不属于硅酸盐工业产品的是

A．水泥

B．陶瓷

2．下列物质不属于硅酸盐的是

A．粘土

B．硅藻土

C．Al2(Si2O5)(OH)4

D．Mg2SiO4

3．生产水泥的主要设备是

A．熔炉

（

）

B．回转窑

C．沸腾炉

D．合成塔

4．某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为nZnO·SiO2，则n值等于（

）

A．0.5

B．1

C．2

D．

5．在天然环境中用自然界中的物质，且在常温下必须在空气中才能硬化的是

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（

）

A．石灰抹墙后变硬不再溶于水

B．熟石膏调水后灌入模中变硬

C．水玻璃抹在蛋皮上不久变硬呈玻璃状

D．水泥砂浆浇灌后变硬

6．在水泥中加石膏的目的是

A．调节水泥的机械强度

C．降低水泥的成本

7.下列物质有固定熔点的是

A．玻璃

C．水玻璃

（

）

B．调节水泥的硬化速度

D．扩大水泥的使用范围

（

）

B．水泥

D．Na2O·SiO2

8.在实验室熔化NaOH固体，不能选用的坩锅是

A．铁坩锅

C．铝坩锅

二、填空题

B．瓷坩锅

D．石墨坩锅

（

）

9.制造普通水泥的主要原料有

和

.普通水泥的主要成分有(写名称)

、

和

，它们的化学式分别是

、

和

.水泥的主要性能是

10.工业上制造普通玻璃的主要原料是

、

、

，主要设备是

，主要原料熔化后，发生的主要化学反应是

、

.普通玻璃的成分是

. 三、计算题

11.SiO2和CaCO3的混合物26g，在高温下加热到质量不再改变，冷却后称质量为17.2g.

(1)写出可能发生反应的化学方程式；

（2）求产生的气体在标准状况时的体积；

（3）求原混合物中的SiO2的质量. 答案：1.D

2.B

3.B

4.C

5.AC

6.B

7.C

8.BC

9-10 略

11.（1）4.48L（2）6克

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第2课时

二氧化硅与信息材料

导入新课：

提问：硅在自然界中无游离态，为什么？是不是单质硅的性质很活泼？

学生活动:硅在自然界中无游离态，不是硅单质性质活泼。（硅元素的亲氧性和地壳运动等因素）

过渡：下面我们就一起来讨论学习硅单质的性质和用途。

教学过程：

一、硅

1．物理性质：（1）硅是灰色，有金属光泽的硬而脆的固体固体。（2）它的结构类似于金刚石，熔沸点高，硬度大。（3）良好的半导体材料。

2．化学性质

（1）常温下化学性质很稳定，不跟氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。

（2）加热能与氧气、C等反应

Si+O2

（3）常温下能与氟气（F2）、氢氟酸（HF）反应

Si十

F2――

Si十

HF――

3．工业制法

SiO2+C高温_____+_____（粗硅）

[讨论]（1）该反应中氧化剂是_______，还原剂是_______。（2）用双线桥表示电子转移的方向与数目（3）C被氧化后的产物是CO还是CO2？

Si+Cl2高温_____+_____

，SiCl4+H2高温_____+_____(高纯硅)。

二：二氧化硅（SiO2）

1、存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。

天然二氧化硅的矿物有：硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等。

2、结构：二氧化硅晶体与金刚石结构相似是正四面体的空间网状结构。

3．二氧化硅的化学性质

(1)酸性氧化物：SiO2是酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水。

SiO2＋CaO ====== CaSiO3，SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2

＋

4HF === SiF4

＋

2H2O (2)弱氧化性

SiO2＋2C ====== Si + 2CO 高温

高温

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[讨论] ①实验室能否用带玻璃塞的玻璃瓶盛放氢氧化钠溶液？

②实验室能否用玻璃瓶盛放HF溶液？

（3）与盐反应

SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2

SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2

4.用途：

(1)SiO2是制造光导纤维的主要原料。

(2)石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。

(3)水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。

(4)石英砂常用作制玻璃和建筑材料。

（总结归纳）这节课我们主要学习了硅单质和二氧化硅的结构和性质及用途，通过学习，我们了解到硅及其化合物在社会发展和人类文明进步历程中充当了一个非常重要的角色，可以说目前全球信息的流通、电子工业的发展都离不开硅的；我们也相信随着科技的发展，它们还会为人类文明的进步发挥更多的作用，创造更多的奇迹。希望同学们努力学习，掌握更多的科学知识，开发、研究硅这古老而又年轻的元素在更多方面的应用。

板书设计：

一、硅单质

1．硅单质的结构：正四面体空间网状结构。与金刚石类似。

2．性质：（1）物理性质：

（2）化学性质：

3.硅的用途：

4．工业生产硅：

制粗硅：SiO2 + 2C 制纯硅：Si + 2Cl2

SiCl4 + 2H2

高温

Si + 2CO

高温

SiCl4(液态) 高温

Si + 4HCl

二、二氧化硅的结构和性质：

1．SiO2的结构：正四面体的空间网状结构。（可以理解为在晶体硅的结构中两个硅原子中间插入一个氧原子。）

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2．SiO2在自然界中有较纯的水晶、含有少量杂质的石英和普遍存在的沙。自然界的二氧化硅又称硅石。

3．SiO2物理性质：

4．SiO2化学性质：

SiO2 + 4HF == SiF4 + 2H2O （雕刻玻璃的反应),

SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O （实验室装碱试剂瓶不能用玻璃塞的原因）. 5．SiO2的用途：制石英玻璃，是光导纤维的主要原料；制钟表部件；可制耐磨材料；用于玻璃的生产；在光学仪器、电子工业等方面广泛应用。

【随堂练习】

1.下列关于硅的说法中不正确的是（

）

A. 硅是非金属元素，它的单质晶体是灰黑色的金属光泽的固体

B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D．加热到一定温度是，硅能与氯气、氧气等非金属反应

2.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（

）

A．二氧化硅是由二氧化硅分子组成的，它的熔点高、硬度大

B．二氧化硅可用于制造晶体管、集成电路

C．二氧化硅可用于制造石英钟表的电压材料和光导纤维

D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸

3.玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质（

）

A．烧碱

B．纯碱

C．氢氟酸

D．盐酸

4.（2007广东）下列说法正确的是（

）

A．硅材料广泛应用与光纤通讯

B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

D. 粗硅制备单质硅不涉及氧化还原反应

5．下列离子方程式书写不正确的是（

）

A．石英与烧碱反应：SiO2+2OH-=SiO32-+H2O

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B．往烧碱溶液中通入CO2：CO2+ 2OH-= H2O+ CO32- C．向小苏打溶液中加入过量的石灰水：2HCO3-+Ca2++2OH-=CaCO3↓+H2O+ CO32-

D．往水玻璃中加入盐酸：2H++SiO32-+H2O=H4SiO4↓

6.高岭土（主要成分是Al2O3.2SiO2.2H2O,还含有少量CuO、Fe2O3）可用来制取新型净水剂（铝的化合物），其步骤如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块过滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即净水剂。

（1）写出熔融时主要成分与纯碱反应方程式（Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱的反应类似）：

（2）最后沉淀物是

生成该沉淀的离子方程式为

（3 ）实验室常用的坩埚有瓷坩埚、氧化铝坩埚、和铁坩埚，本实验在熔融土样时应选用

坩埚。

答案：1.C

2.C

3.C

4.A

5.C 6.（1）SiO2 + Na2CO3

Al2O3 + Na2CO3

高温

高温

Na2SiO3 + CO2↑

2NaAlO2 + CO2↑

(2)H2SiO3(或H4SiO4); SiO32-+2H+= H2SiO3

↓

(或2H++SiO32-+H2O=H4SiO4↓)

(3)铁

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