第三单元　含硅矿物与信息材料教学设计一等奖

第三单元

含硅矿物与信息材料教学设计

常熟市中学

沈志圆

一、教学目标 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。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

2.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。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。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。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。

3.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。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。

二、

教学重点

、难点

硅酸盐的氧化物形式的书写;硅酸钠 、二氧化硅的性质. 三、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；二氧化硅的结构和性质及它们的用途。

四、

教学方法

探究式教学，多媒体教学法。

五、

教学过程

第一课时

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

导入新课

：

硅是带来人类文明的重要元素之一。从人类学会制造石器工具、用燧石取火，到人类利用硅酸盐制造水泥、玻璃，用二氧化硅制造光导纤维，用硅制造集成电路等，硅这一古老而具有青春活力的元素，伴随着人类历史发展的脚步，在从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。

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？

【知识准备】硅的存在

⑴在地壳中的含量仅次于

，居于第

位；

⑵碳和硅的原子结构示意图分别是_________、_________。碳在自然界的中存在形式有游离态以及化合态，而在自然界中没有游离态的硅，以_________和_________的化合态形式存在，原因是硅是一种________元素。

⑶硅的最高价氧化物的化学式为

，它是一种

氧化物（填“酸性”或“碱性”），它对应的水化物（即含氧酸）的化学式是

，名称是

。

过渡：硅元素在自然界中广泛

（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、硅酸盐矿物的硅酸盐产品

硅酸盐的结构和成分都很复杂，大多难溶于水。

1.硅酸盐组成的表示方法

⑴常见的硅酸盐有：

硅酸钠—_________；镁橄榄石——Mg2SiO4；高岭土——Al2(Si2O5)(OH)4（也是黏土的主要成分）；正长石——KAlSi3O8等。

⑵化学上常常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成

改写规则：金属氧化物化学式·SiO2·H2O（有多种金属时按金属活动性顺序从左到右排列）

硅酸钠____________镁橄榄石2MgO·SiO2高岭土_____________正长石______________

学学生练习：以氧化物的形式来表示它们的组成

锆石ZrO2·SiO2红柱石Al2O3·SiO2钙铝石榴子石3CaO·Al2O3·3SiO2

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.

2.硅酸钠

⑴物理性质

可溶性硅酸盐（极少数可溶于水的硅酸盐之一），硅酸钠的水溶液俗称___________。是建筑行业经常使用的一种

，也是一种矿物胶；用水玻璃浸泡过的木材、纺织品既

又

。

⑵化学性质

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。

3.传统硅酸盐产品

水泥

：

（学生活动）生产原料：有黏士（主要成分为硅酸盐），石灰石。

设备：水泥回转窑（高温煅烧）。

石膏：调节水泥的硬化速率。

学生阅读【材料2】

水泥的标号：325、425、525、625，水泥的标号越大其抗压强度越大。

水泥产品主要成分：

名称

：

化学式：

硅酸二钙：

2CaO·SiO2

硅酸三钙：

3CaO·SiO2

铝酸三钙：

3CaO·Al2O3

加入石膏的作用：

调节水泥硬化时间

材料水泥特性：

水硬性

水泥的标号：阅读课本P79《资料卡》。通俗一点讲，水泥标号的数值等于1份水泥、3份沙2子混合制成的沙浆在水中固化28天后，1cm的样品上能承受多少公斤的压力。标号越大，抗压程度越大，性能越好。

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↑. 主要成分：Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2(或氧化物形式：Na2O·CaO·6SiO2

学生阅读【材料3】

几种常见玻璃简介

普通玻璃：因混有铁的化合物显现绿色

有色玻璃:在底料中加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质中呈现出特殊的颜色。

化学仪器玻璃：如试管

光学仪器玻璃：如放大镜

钢化玻璃：把普通玻璃放在电炉里加热，使其软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大4—6倍，不易破碎。

光纤玻璃：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”，比头发丝还细的一对光导纤维上能同时传送3万部电话且中继距离长达20—50km，保密性好。

砖瓦和陶瓷

原料：黏土（较纯净的黏土叫瓷土或高岭土）

制陶瓷工艺：粘土加水混合均匀→成型→自然干燥→烧结（在窑中进行，发生复杂的物理和化学变化）→出窑冷却→

成品

【思考】：1、制玻璃和水泥的共同原料是

2、生产水泥、玻璃、砖瓦和陶瓷共同特点：高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐。

二、二氧化硅和信息材料

新型含硅产品——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、硅藻土、沙子等

2、物理性质：状态：_____；熔沸点：

；硬度：____；水溶性

。

3、化学性质：SiO2化学性质不活泼，不与水、酸（除氢氟酸）发生反应，耐高温、耐腐蚀。

（1）SiO2是一种________氧化物（填“酸性”或“碱性”），能和强碱反应,在一定条件下还能与碱性氧化物、盐等反应。

①具有酸性氧化物的通性SiO2+

NaOH===

；

所以，盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，常用

，就是为了防止玻璃受碱液腐蚀生成Na2SiO3而使瓶口和塞子黏在一起。离子方程式：

SiO2+CaO===

；

SiO2+CaCO3===

；

②弱氧化性SiO2+

C===

。

③特性：

氢氟酸雕刻、腐蚀玻璃的化学反应方程式

所以，保存氢氟酸用

瓶

【视频】HF溶解玻璃

（2）SiO2对应的酸是硅酸(H2SiO3)，硅酸与NaOH反应

硅酸不溶于水，也十分不稳定

硅酸的酸性比碳酸还弱（如何证明？）

学生阅读【材料4】

浓度较小的H2SiO3聚合形成胶体溶液---硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状硅酸凝胶，硅酸凝胶干燥脱水变成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶的用途：硅胶多孔、吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。

4、SiO2的重要用途

二氧化硅除可用于制作石英玻璃、电子光学仪器、精密仪器轴承、耐磨器皿等外，还可以制造__________，组成光缆

，利用光缆通讯能同时传输大量的信息。

【探究】如何利用SiO2制取硅酸？SiO2------- Na2SiO3------- H2SiO3

学生阅读【拓展视野

】

分子筛

化学分析常用到筛分混合物的“筛子”，如滤纸就是一种筛分固体与液体的筛子。许多硅酸盐具有多孔的结构，孔的大小与一般分子的大小相当，而且组成不同的硅酸盐的孔径不相同。因此，这些硅酸盐具有筛分分子的作用，人们把它们称为分子筛(molecular sieve)。

铝硅酸盐中有许多笼状空穴和通道。这种结构使它很容易可逆地吸收水及其他小分子，

如二氧化碳、氨、甲醇、乙醇等，但它不吸收那些大得不能进入空穴的分子。分子筛常用于分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等。

分子筛示意图如下：