硅及其重要的化合物

教學(xué)目標(biāo)

                   知識技能：在學(xué)習(xí)碳族元素知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步認(rèn)識硅的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。

                   能力培養(yǎng)：通過聯(lián)系碳的已學(xué)知識來學(xué)習(xí)硅的新知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生對新舊知識進(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。

                   科學(xué)品質(zhì)：在學(xué)生從書本和課堂汲取知識的同時，介紹我國古仿科學(xué)家的重大發(fā)明和當(dāng)代國內(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有趣；為學(xué)生構(gòu)架一座從書本知識到現(xiàn)代科技知識和生活實際的橋梁。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)。

重點難點

                   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；掌握理論知識指導(dǎo)學(xué)習(xí)硅元素性質(zhì)知識的方法；培養(yǎng)空間想像能力，會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

學(xué)    生    活    動

引言

 

 

 

 

 

展示

講述

 

 

 

 

 

展示

中國譽稱“瓷國”。陶瓷是我中華民族一項最偉大的創(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�！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代標(biāo)志，秦兵馬俑的制造展示了當(dāng)時制陶規(guī)模和高超的動手術(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)代社會中含硅元素的無機非金屬材料嗎？

體現(xiàn)現(xiàn)代文明的無機非金屬材料的圖片，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。我國正努力奪回世界材料科學(xué)的領(lǐng)先地位，再創(chuàng)中國材料科學(xué)的輝煌。

回答：含硅元素的無機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)想我國古代歷史發(fā)明的輝煌的同時，了解當(dāng)代國內(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，它的含量僅次于氧居第二位。在宇宙范圍內(nèi)的存量不清楚。

 

教    師    活    動

學(xué)    生    活    動

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獲得單質(zhì)硅的。

硅晶體樣品或彩圖。

請同學(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年美國等少數(shù)國家首先在

-296℃的低溫下移動了原子。

1993年中國生物學(xué)院真空物理實驗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_____個碳原子或有____個硅原子。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個碳原子。同樣最小的硅原子環(huán)上有6個硅原子。鍵角均為109°18′

投影

 

鍵長

鍵能

 

晶體硅

2.35×10 m

222KJ/mol

金剛石

1.55×10 m

345KJ/mol

提問

通過以上對硅晶體與金剛石晶體結(jié)構(gòu)的對比，請你分析一下結(jié)構(gòu)對它們主要物理性質(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)特點為硬度大，熔、沸點高。但金剛石的鍵長短，鍵能大，所以其硬度，熔、沸點高于晶體硅。

C       N    O    

 

Si

 

設(shè)問

 

 

總結(jié)

晶體硅、金剛石、二氧化硅、碳化硅同屬原子晶體，請同學(xué)們討論一下這四種晶體的熔、沸點高低順序？

晶體硅的物理性質(zhì)：

1．硅的熔、沸點高，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鍵的鍵長和鍵能；

3．周期表中                             各原子位置。

得出結(jié)論：

原子半徑：                Si>C>O

鍵長：C—C<Si—O<Si—C<Si—Si

鍵能：C—C>Si—O>Si—C>Si—Si

熔沸點：

金剛石>二氧化硅>碳化硅>晶體硅

 

 

 

教    師    活    動

學(xué)    生    活    動

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)。下面請同學(xué)們根據(jù)所學(xué)碳以及元素周期律知識，討論歸納出一些硅的化學(xué)性質(zhì)？

碳、硅化學(xué)性質(zhì)對比表（見附2）

碳、硅為ⅣA元素，最外層4個電子，容易形成共價化合物。在化學(xué)性質(zhì)上的相似點：常溫時性質(zhì)穩(wěn)定，加熱時可與O₂、Cl₂、H₂等許多非金屬反應(yīng)。碳和硅都具有還原性。硅可用做煉鋼時的脫氧劑。不同點：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個電子。所以硅的化學(xué)性質(zhì)與碳相似。容易形成共價化合物。

2．也可發(fā)生的反應(yīng)。

Si+O₂ SiO₂

將碳、硅化學(xué)性質(zhì)對比表記錄于筆記中。

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)所講的知識寫出化學(xué)反應(yīng)方程式：

2C+SiO₂ Si+2CO↑

Si+2Cl₂ SiCl₄

SiCl₄+2H₂ Si↓+4HCl

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個原子的目標(biāo)沖刺，多少奇跡展現(xiàn)眼前。到尋時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

1．在反應(yīng)3C+SiO₂ SiC+2CO↑中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是

       A．1∶3             B．3∶1      C．2∶1       D．1∶2

X

 

Y

 

Z

 

2．某晶體一個晶胞如右圖為立方體型，8個頂點為X原子，每個面中心為Y原子。立方體中心為Z原子，則該晶體X∶Y∶Z=______________。

 

 

 

 

 

 

硅及其重要的化合物（二）

教學(xué)目標(biāo)

                   知識技能：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；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；用對比的方法理解和掌握知識的能力，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，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣；通過對二氧化硅和硅酸鹽用途的討論，讓學(xué)生體會到化學(xué)與社會的緊密聯(lián)系，增強學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的情感需要；通過對聯(lián)國陶瓷發(fā)展史的討論，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。

                   科學(xué)方法：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會由結(jié)構(gòu)入手認(rèn)識性質(zhì)，由性質(zhì)認(rèn)識用途的方法；由模型入手認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)的方法；能表格來處理資料等科學(xué)方法。

重點難點

                   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)能力和對比分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會由結(jié)構(gòu)入手認(rèn)識性質(zhì)，由性質(zhì)認(rèn)識用途的方法；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

學(xué)    生    活    動

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，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)識性質(zhì)”的方法，同時又與二氧化碳對比進(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Si周圍結(jié)合四個O，同時每個O與兩個Si相結(jié)合，在SiO₂晶體中原子個數(shù)比為1∶2，因此用“SiO₂”這個式子表示二氧化硅晶體的組成。

 

 

 

教師活動

學(xué)生活動

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)為能與強堿反應(yīng)，又能與堿性氧化物反應(yīng)。

指導(dǎo)閱讀

請閱讀課本第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。

二者化學(xué)性質(zhì)上的異同點。

（見附1）

對比后回答異同點。

設(shè)問

為什么二者與堿性氧化物反應(yīng)時條件有差異？

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

實驗室如何制得硅酸？

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)。

觀察記錄實驗現(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？其理論依據(jù)是什么？

 

如何通過實驗加以驗證？

思考后回答：碳酸強，因為同主族元素從上至下最高價氧化物對應(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)實驗

驗證碳酸比硅酸酸性強。

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。

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

實驗室里用于制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？請觀察以下幾個實驗現(xiàn)象。

用玻璃塞塞緊的長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

學(xué)    生    活    動

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

由這幾個實驗事實說明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，為了方便記憶和計算，常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成。書寫順序為：金屬氧化物、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

請用氧化物的形式表示硅酸鈉[Na₂SiO_3­]、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？

陶瓷在我國歷史悠久，但目前發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀，還需各位作出不懈努力，宏揚民族文化精髓。

紛紛說出自己的看法：見效是中國人發(fā)明并最早使用，歐洲人視中國陶瓷為無價之寶，所以歐洲人把瓷器叫做“China”久而久之 “China”就成了中國的英文名稱。

講解

設(shè)問

請大家小結(jié)本節(jié)課的知識重點。

在這節(jié)課中，你我對化學(xué)與社會間的關(guān)系有什么認(rèn)識？

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)與社會的關(guān)系很緊密，社會的進(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

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

 

檢測答案

1．金剛石、單晶硅、二氧化硅          二氧化硅          2．SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

3．（A）（B）

【硅及其重要的化合物】相關(guān)文章：

鎂、鋁及其化合物08-17

堿金屬及其化合物的性質(zhì)08-17

有機化合物及其應(yīng)用08-17

化學(xué)教案－有機化合物及其應(yīng)用08-17

談?wù)剰?fù)習(xí)元素及其化合物知識的一些方法08-18

鎂和鋁的重要化合物 (3節(jié)時)08-17

第一冊有機化合物及其應(yīng)用08-17

硅·碳族元素08-17

培養(yǎng)整體把握能力的重要性及其策略08-17