课题1　无机非金属材料教学设计方案

【教学目标】

知识与技能：

1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途

2、了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质

过程与方法：

1、自主学习，培养学生自学的能力。

2、活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。

情感态度与价值观：

通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。

【教学重点】二氧化硅的性质(尤其是作为酸性氧化物的性质) 【教学难点】二氧化硅的存在等STS关注的拓展性学习内容

【课时安排】

【教学过程】

〖引言〗我们生成的地球，它坚硬的地壳是由什么构成的？

岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。

〖设问〗一提到硅，同学们又能想到什么呢？

资料卡片：

硅谷：美国新兴的高技术产业开发区，电子技术研究中心，计算机生产的重要基地，位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端。

半导体：单晶硅是半导体器材的核心材料，硅半导体是集成电路的主要材料，估计在21世纪，硅仍然会占半导体材料的95%以上。

沙子、石英、水晶：主要成分是硅的氧化物

光导纤维：从石英玻璃熔融体中，拉出直径为100微米的细丝，再把千百根光导纤维组合并增强处理，就制成成光缆，其优点：质轻，体积小，输送距离长，保密性好，成本低。

〖导入〗从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都在扮演着主要的角色。今天，就让我们

一同来研究一下硅的氧化物——二氧化硅及硅酸和硅酸盐的性质

。〖板书〗第四章

第一节

无机非金属材料的主角------硅(一)来源:Zxxk.Com]来源:Z.xx.k.Com]

〖讲解〗硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。

〖投影〗元素周期表

〖讲解〗位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。其中具有代表性的是其中的两位兄长。碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有机界”。其构成的煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石。而它的弟弟——硅，地壳质量的约90%，构成了地壳大部分岩石、沙子和土壤，

“统治了地壳”，而当今硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。

〖思考与交流〗画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化合价主要是多少？

+6 2 4

+14 2 8 4

〖讲解〗Si原子最外层有四个电子，既不易失电子，也不易得电子，所以，硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

〖思考〗常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质（金刚石）存在，而硅却没有，说明了什么？

资料卡片：

单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。

〖过渡〗下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。

〖板书〗一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在

〖讲解〗SiO2

是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12％，其存在形态有结晶形和无定形两大类，通称硅石。

〖投影〗并展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆

〖讲解〗水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2

在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等。

〖板书〗(2) 用途

结晶形：玛瑙、石英、水晶硅石

无定形：硅藻土〖投影小结〗

①制光导纤维

②石英玻璃制化学仪器

③石英表、石英钟

④水晶制光学仪器和工艺品

⑤玛瑙制精密轴承和装饰品

〖讲解〗结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2

的知识，思考一下，SiO2的物理性质有哪些，注意与CO2进行比较研究

〖板书〗(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2

晶体无色透明

〖思考〗为什么SiO2与CO2的性质上有着这么大的差别呢？

〖讲解〗主要取决于结构的不同。CO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2

是Si—O四面体结构

〖投影〗硅氧四面体结构

[SiO]〖讲解〗[SiO4]四面体：每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心，O在四个顶角. 同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1，通常用SiO2

来表示二氧化硅的组成.

〖板书〗(4) 结构：空间网状结构

〖讲解〗我们说，结构决定性质，SiO2

的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决

定了其化学性质的稳定性。

〖板书〗(5) 化学性质：稳定，不活泼

①

具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) 与强碱反应

：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O

与碱性氧化物反应：SiO2+CaO高温

CaSiO3

〖讲解〗SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比如酸性氧化物一般不与酸反应，而SiO2却能与HF反应，这也是工业上雕刻玻璃的反应原理

〖板书〗②

与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4

↑+2H2O

〖讲解〗除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应

〖投影小结〗

③

弱氧化性：SiO2+2C高温

Si +2CO↑

(工业上制粗硅) 高温

④

与某些盐反应：Na2CO3+SiO2

CaCO3+SiO2高温

Na2SiO3+CO2↑

CaSiO3+CO2

↑ (工业上制玻璃的主要反应) 〖思考与交流〗

1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？

HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。

2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？

NaOH溶液能与玻璃中的SiO2

反应生成Na2SiO3

，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。

〖过渡〗刚才我们提到SiO2不能溶于H2O得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一种怎样制得的酸呢？

〖板书〗2、硅酸(H2SiO3)来源学科网

〖讲解〗H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。

〖板书〗硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

〖设问〗SiO2

不溶于水且不和水反应，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备CO2的方法来设想一下？

〖讲解〗初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反应，是强酸制弱酸的原理。H2SiO3也是一种很

弱的酸，我们是否也可以用硅酸盐来制备呢？

〖投影实验〗P76 实验4-1 实验4-1：向饱和Na2SiO3

溶液中滴入酚酞，再滴入稀盐酸

现象

结论

化学方程式

滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸红色消失，并有透明胶状物质生成

Na2SiO3

溶液呈碱性，与酸反应生成了H2SiO3

且H2SiO3

难溶于水

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl 〖设问〗若改向Na2SiO3溶液中滴加H2SO4

会有什么现象呢？

〖板书〗Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3

↓

Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3

↓

〖讲解〗所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体－硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。

〖讲解〗如果对硅酸加热，其可以分解生成SiO2

〖板书〗H2SiO3

△

H2O +SiO2

〖活动与探究〗硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，并完成一份实验报告。

〖分析〗利用CO2

溶于水产生H2CO3

，而H2CO3的酸性比H2SiO3

的酸性强，可以将CO2通入到Na2SiO3的溶液中。

〖板书〗Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3

↓

〖总结〗本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅的化合物SiO2和H2SiO3，了解了SiO2的重要性质及用途。知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。知道了SiO2在当前信息时代、IT产业中的重要作用。化学知识可以帮助我们认识，了解世界，我们也可以用学过的知识进行发明、创造，造福人类。

〖课堂练习〗

1．制造光导纤维的主要原料是（

）

A．晶体硅

B．二氧化硅

C．石墨

D．硅酸钠

2．下列说法正确的是（

）

A．SiO2溶于水显酸性

B．CO2通入水玻璃(硅酸钠的水溶液）可得硅酸

C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子

3．下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是(

) A．烧碱溶液

B．浓硫酸

C．氢氟酸

D．碳酸钠溶液

4．要除去SiO2

中的CaO杂质，最适宜的试剂是（

）

A．纯碱溶液

B．盐酸

C．硫酸

D．苛性钠溶液

5．加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚（

）

A．石英坩埚

B．普通玻璃坩埚

C．铁坩埚

D．陶瓷坩埚

6．CO2

通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是

(

) A．石灰水

B．饱和碳酸钠溶液

C．硅酸钠溶液

D．氯化钙溶液

【板书设计】

第四章

第一节

无机非金属材料的主角------硅(一)

一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在

(2) 用途

(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2

晶体无色透明

(4) 结构：空间网状结构

(5) 化学性质：稳定，不活泼

1

具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应) ○与强碱反应

：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O

与碱性氧化物反应：SiO2+CaO高温

CaSiO3

来源:Zxxk.Com]2

与HF的反应：SiO2+4HF==SiF4

↑+2H2O ○2、硅酸(H2SiO3)

硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3

↓

Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3

↓

Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3

↓

H2SiO3

△

H2O +SiO2