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硅及其重要的化合物
教學目標
知識技能：在學習碳族元素知識的基礎上，進一步認識硅的晶體結構、性質和用途。
能力培養(yǎng)：通過聯(lián)系碳的已學知識來學習硅的新知識，有助于培養(yǎng)學生對新舊知識進行歸納比較的邏輯思維能力；通過金剛石的結構，培養(yǎng)學生的空間想像能力。
科學思想：通過定量和定性分析，認訓晶體類型與晶體主要物理性質的關系。進一步滲透結構決定性質的觀點。
科學品質：在學生從書本和課堂汲取知識的同時，介紹我國古仿科學家的重大發(fā)明和當代國內(nèi)外的新技術、新成果。在大量的直觀感性材料的陪襯下，使化學學習不再使人感到枯燥乏味而是生動有趣；為學生構架一座從書本知識到現(xiàn)代科技知識和生活實際的橋梁。有助于學生開闊眼界，提高科技文化素養(yǎng)。理解更多的現(xiàn)代相關科學理論與技術。
科學方法：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，進行“觀察方法”這一自然科學方法的指導。
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系；晶體類型與晶體主要物理性質的關系；掌握理論知識指導學習硅元素性質知識的方法；培養(yǎng)空間想像能力，會把平面圖想像成空間結構，又能把空產(chǎn)結構表示在平面圖上。
教學過程
教 師 活 動
學 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。“陶”作為歷史上第一種人造材料成為人類擺脫蒙昧的時代標志，秦兵馬俑的制造展示了當時制陶規(guī)模和高超的動手術與藝術水平。
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的領先地位，再創(chuàng)中國材料科學的輝煌。
回答：含硅元素的無機非金屬材料有用于制造電腦的半導體材料如晶體管、集成電路，用于信息傳遞的光導纖維。玻璃、水泥以及超導材料等到。
聯(lián)想我國古代歷史發(fā)明的輝煌的同時，了解當代國內(nèi)外新技術，新成果，以及我們與世界先進水平的差距。
設問
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。
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指導閱讀
板書
講述
展示
設問
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。而人類真正認識硅元素是在1823年由瑞典化學家貝采利烏斯用金屬鉀還原四氟化硅時獲得單質硅的。
硅晶體樣品或彩圖。
請同學描述一下單質硅的色態(tài)？
閱讀后歸納課本內(nèi)容并回答：在自然界中無單質形式存在的硅，只有化合態(tài)硅。硅是構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
講述
展示
投影
提問
展示
投影提問
在當今時代人們已能通過儀器觀察一些物質的原子排列狀況，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）
硅晶體結構平面圖。
1．畫出平面圖中硅晶體的最小結構單元。
2．畫出最小結構單元的立體結構示意圖。
金剛石晶體球棍模型
在金剛石和硅晶體結構中，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
222KJ/mol
金剛石
1.55×10
345KJ/mol
提問
通過以上對硅晶體與金剛石晶體結構的對比，請你分析一下結構對它們主要物理性質的影響？
回答：硅晶體與金剛石同屬原子晶體，均為四面體結構，并向空間無限伸展成空間網(wǎng)狀結構。它們的物理性質特點為硬度大，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
總結
晶體硅、金剛石、二氧化硅、碳化硅同屬原子晶體，請同學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：
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，因而是具有一定導電能力的半導體。與處于兩性線附近的鍺一樣，是重要的半導體材料。
討論思路：
1．構成原子晶體的微粒為原子；
2．晶體內(nèi)結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
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學 生 活 動
講述
投影
歸納總結
我們知道，碳在常溫下化學性質很穩(wěn)定，在高溫下能跟氧氣等物質反應。下面請同學們根據(jù)所學碳以及元素周期律知識，討論歸納出一些硅的化學性質？
碳、硅化學性質對比表（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。在化學性質上的相似點：常溫時性質穩(wěn)定，加熱時可與O2、Cl2、H2等許多非金屬反應。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，碳不能與氯氣直接反應，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，碳則不能。
學生可能的回答：
1．硅、碳同屬ⅣA元素，最外電子層有4個電子。所以硅的化學性質與碳相似。容易形成共價化合物。
2．也可發(fā)生的反應。
Si+O2
將碳、硅化學性質對比表記錄于筆記中。
板書
指導閱讀
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，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反應方程式？
根據(jù)所講的知識寫出化學反應方程式：
2C+SiO2
Si+2Cl2
SiCl4+2H2
板書
投影
講述
小結
五、硅的用途
硅的應用樹狀圖（或用電腦制作的課件來代替）。（見附3）
在科學家們的努力下，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。
指導學生歸納本節(jié)內(nèi)容。
觀察與思考。
回憶本節(jié)課所學內(nèi)容，師生共同總結。
隨堂檢測
1．在反應3C+SiO2
A．1∶3 B．3∶1 C．2∶1 D．1∶2
X Y Z
硅及其重要的化合物（二）
教學目標
知識技能：讓學生理解二氧化硅的晶體結構，掌握二氧化硅的化學性質了解其用途；并對硅酸的組成、性質及硅酸鹽的組成和用途形成初步的認識；培養(yǎng)學生一定的操作技能。
能力目標：培養(yǎng)學生的閱讀能力、自學能力；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。
科學思想：通過二氧化硅和硅酸鈉知識的學習，培養(yǎng)學生樹立物質“結構、性質與用途”間關系。
科學品質：通過展示水晶樣品和二氧化硅的結構模型，讓學生感受到化學世界里美的感染與激勵，激發(fā)學生的求知欲和學習興趣；通過對二氧化硅和硅酸鹽用途的討論，讓學生體會到化學與社會的緊密聯(lián)系，增強學生學習化學的情感需要；通過對聯(lián)國陶瓷發(fā)展史的討論，激發(fā)學生的愛國熱情。
科學方法：培養(yǎng)學生學會由結構入手認識性質，由性質認識用途的方法；由模型入手認識微觀結構的方法；能表格來處理資料等科學方法。
重點難點
二氧化硅的結構和化學性質；培養(yǎng)學生的自學能力和對比分析的能力；培養(yǎng)學生學會由結構入手認識性質，由性質認識用途的方法；培養(yǎng)學生用表格處理資料的科學方法。
教學過程
教 師 活 動
學 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式嗎？這節(jié)課我們就來學習硅的化合物的有關知識，先乍二氧化硅的結構及性質。
二、二氧化硅
寫出上些含硅化合物的化學式：SiO2、Na2SiO3、H2SiO3
設問
你知道研究物質的性質有哪些常用方法？
對于二氧化硅可采用其中的什么方法？
分組討論。
紛紛說出前面學習中用過的方法。
討論后說出可用“通過結構認識性質”的方法，同時又與二氧化碳對比進行研究。
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怎樣？
一塊水晶樣品，讓學生觀察后描述。指導學生對比后填寫表1-1中的物理性質。
表1（見附1）
描述二氧化硅，填寫表1中物理性質中的內(nèi)容。一學生寫在投影片上。
設問
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有如此大的差異？請閱闈課本第5~6頁二氧化硅的結構部分，填寫表1-1中二、三兩欄。
回答：結構不同。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。
設問
軟件演示
二氧化硅晶體的空間結構如何？如何理解二氧化硅的化學式為SiO2？
二氧化硅晶體的結構模型。
觀看后回答：SiO2晶體是立體網(wǎng)狀結構。在SiO2晶體里，每個Si周圍結合四個O，同時每個O與兩個Si相結合，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
學生活動
設問
聯(lián)系二氧化碳化學性質，設想酸性氧化物二氧化硅可能會有哪些化學性質？
回憶CO2的化學性質：思考后回答：SiO2的化學性質為能與強堿反應，又能與堿性氧化物反應。
指導閱讀
請閱讀課本第6頁化學性質部分后填寫有關SiO2 、CO2的化學方程式。
閱讀后填寫化學方程式。一學生寫在投影片上。
設問
投影
比較二氧化硅和二氧化碳在化學性質上的異同點。
二者化學性質上的異同點。
（見附1）
對比后回答異同點。
設問
為什么二者與堿性氧化物反應時條件有差異？
思考后回答：二氧化硅為原子晶體，且Si—O鍵鍵能大。
設問
二氧化硅的性質決定它有什么用途？指導學生閱讀課本第7頁用途部分。
二氧化硅還有哪些用途？分組討論。
閱讀后小結二氧化硅的用途。小組討論后發(fā)言：可用于光導纖維、制寶石、制單晶硅、制玻璃等。
板書
設問
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。
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對應的水化物有兩種。根據(jù)性質填寫原硅酸、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化。填寫表2中的內(nèi)容。
一學生寫在投影片上。
設問
硅酸與碳酸相比哪種物質的酸性強？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水化物的酸性逐漸減弱。 回答：向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體。
指導實驗
驗證碳酸比硅酸酸性強。
演示：向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體，其他學生觀察記錄現(xiàn)象。
講解
板書
設問
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合而成的各種酸所對應的鹽。
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 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，結構復雜，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。
設問
請用氧化物的形式表示硅酸鈉[Na2SiO3]、鎂橄欖石[Mg2SiO4]、高嶺土[Al2(Si2O5)(OH)4]的組成，一學生寫在投影片上。
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)展狀況不容樂觀，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
設問
請大家小結本節(jié)課的知識重點。
在這節(jié)課中，你我對化學與社會間的關系有什么認識？
思考后回答：二氧化硅的結構及其化學性質。
回答：化學與社會的關系很緊密，社會的進步離不開化學的發(fā)展。
作業(yè)
課本第9頁第4、5、6題。
隨堂檢測
1．你學過的原子晶體有哪些？其中屬于化合物的是什么？
2．用化學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
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