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1、2019-2020年人教版高中化学必修一：4-1无机非金属材料的主角-硅教案2（第2课时）三维目标1知识与技能(1)初步了解硅酸盐的重要用途及组成；(2)了解硅的物理性质和重要用途；(3)掌握硅酸钠的化学性质。2过程与方法(1)通过对水泥工业的教学，培养学生的自学能力和表达能力；(2)活动探究，通过硅与碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。3情感态度与价值观(1)通过对玻璃、陶瓷工业现状及前景的介绍，激发学生学习化学的兴趣；(2)通过对硅及其用途的学习使学生热爱自然、热爱化学。教学重点硅酸盐的重要用途及组成，硅的物理性质和重要用途，硅酸钠的化学性质。教学难点硅酸盐的重要用途及组成，硅的物理性
2、质和重要用途。课前准备所用投影的PPT: 自然界中的一些硅酸盐的图片及其化学式；学生探究实验步骤；传统的三大硅酸盐产品；金刚砂、硅橡胶、分子筛的图片；单晶硅图片；单晶硅的用途。所用的实验用品：试管、玻璃棒、酒精灯、试管夹、滴管、pH试纸、布条、硅酸钠、稀盐酸、氢氧化钠溶液、硅酸钠饱和溶液、蒸馏水。导入新课硅元素在地壳中的含量仅次于氧元素，但在自然界中找不到游离态的硅，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。上节课我们学习了有关二氧化硅的知识，这节课我们一起来学习有关硅酸盐的知识。推进新课分析硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界中分布
3、极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质很稳定。投影自然界中的一些硅酸盐的图片及其化学式分析硅酸盐的种类多、结构很复杂，其组成表示方法一般有两种：(1)盐化学式法，如：硅酸钠Na2SiO3 、硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。(2)盐氧化物法：对于复杂的硅酸盐，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“”隔开。例如：Na2SiO3写成Na2OSiO2；Al2(Si2O5)(OH)4写成Al2O32SiO22H2O。盐氧化物书写原则：各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。顺序按先
4、金属后非金属，金属元素中按金属活动性顺序依次排列，中间用“”间隔。注意改写后应与原来化学式中的原子个数比相同。一、硅酸盐1硅酸盐组成的表示方法(1)盐化学式法如：硅酸钠：Na2SiO3、硅酸钙：CaSiO3，此法用于组成简单的硅酸盐(2)盐氧化物法如：锆石：ZrO2SiO2红柱石：Al2O3SiO2镁橄榄石：2MgOSiO2 钙铝石榴子石：3CaOAl2O33SiO2练习把下列式子改写成氧化物的形式。1蛇纹石：H4Mg3Si2O92钙长石：CaAl2SiO63石棉：CaMg3Si4O124长石：KAlSi3O85普通玻璃：CaNa2Si6O146黏土：Al2(Si2O5)(OH)4答案：1蛇纹
5、石：H4Mg3Si2O9写成3MgO2SiO22H2O2钙长石：CaAl2SiO6写成CaOAl2O3SiO23石棉：CaMg3Si4O12写成CaO 3MgO4SiO24长石：KAlSi3O8写成K2OAl2O36SiO25普通玻璃：CaNa2Si6O14写成CaONa2O6SiO26黏土：Al2(Si2O5)(OH)4写成Al2O32SiO22H2O过渡在硅酸盐中，硅酸钠是极少数可溶于水的一种，用途广泛，下面我们先来学习它的有关知识。展示硅酸钠试剂投影学生探究实验步骤探究实验1实验步骤：将硅酸钠加水溶解，并检验其溶液的酸碱性；向硅酸钠溶液中通二氧化碳或滴加稀盐酸；再向中滴加氢氧化钠溶液。现
6、象：硅酸钠溶于水，滴加酚酞后溶液呈红色；向其中通入二氧化碳或滴加稀盐酸后都产生白色沉淀；再加氢氧化钠溶液，沉淀溶解。分析：(1)硅酸钠能溶于水，水溶液呈碱性；(2)由于硅酸是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，利用强酸制弱酸的原理，所以向溶液中通二氧化碳或滴加稀盐酸有白色沉淀硅酸生成，化学反应方程式为：Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl(3)硅酸是一种酸，与碱可以发生酸碱中和反应，生成可溶于水的硅酸钠，所以在沉淀中加入氢氧化钠溶液，沉淀溶解，反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。总结硅酸钠是一种无色晶体，熔点高
7、，易溶于水，是硅酸盐中少数几种溶于水中的盐，水溶液俗称“水玻璃”。硅酸钠的水溶液呈碱性，水溶液在空气中易变质，硅酸钠溶液中通入二氧化碳有沉淀生成，根据强酸制弱酸的原理说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。由于盐酸的酸性强于硅酸，所以盐酸也可以和水玻璃反应生成硅酸沉淀。2硅酸钠(1)硅酸钠是一种无色晶体，熔点高(2)Na2SiO3易溶于水，溶液呈碱性，它的水溶液俗称“水玻璃”，(3)Na2SiO3溶液易吸收空气中的CO2，化学方程式为Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3，因此Na2SiO3溶液要密封保存投影学生探究实验步骤探究实验2实验步骤：取两条一样的干燥布条，分别放入蒸馏水和
8、硅酸钠饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干后，分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。现象：在硅酸钠溶液中浸泡并沥干的布条不燃烧。分析：在硅酸钠溶液中浸泡并沥干的布条不燃烧，说明用水玻璃浸泡过后的物质可以防火。总结硅酸钠用途很广，建筑工业和造纸工业用它作黏合剂。木材织物用水玻璃浸泡过后既防腐又不易着火。(4)用途：建筑工业和造纸工业用它作黏合剂，木材或织物用水玻璃浸泡后既防腐又不易着火。投影传统的三大硅酸盐产品过渡玻璃、水泥、陶瓷是传统的三大硅酸盐产品，即传统材料。中国的瓷器更是驰名世界，英文的“中国”(China)一词又指“瓷器”，这反映了在西方人眼中中国作为“瓷器故乡”的形象。那么，这三大
9、硅酸盐产品是如何生产的呢？生产它们的原料分别是什么呢？请同学们阅读教材相关内容进行总结。总结陶瓷的制备是将黏土去除杂质后，加水混匀，制成所需形状的坯件，再经过高温烧制就得到陶瓷产品。在高温烧制时，坯件中的原料发生了一系列复杂的物理变化和化学变化。水泥产品的主要成分是2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3，工业上是以黏土(主要成分为铝硅酸盐)、石灰石为主要原料，在水泥回转窑中高温煅烧后，再加入适量的石膏，磨成细粉，就得到普通的硅酸盐水泥。生产过程中加入石膏的作用是调节水泥的硬化速度。普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，普通玻璃是将石灰石、纯碱、石英在玻璃熔
10、炉中高温熔融制得。3硅酸盐产品(1)水泥主要成分：2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3。制造原料：黏土(SiO2)、石灰石、石膏(适量)(注意：生产过程中加入石膏的作用是调节水泥的硬化速度)。主要设备：水泥回转窑。生产条件：高温煅烧。产品成分：复杂，主要是硅酸盐。制造原料：黏土、石英砂。成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。制造原料：纯碱、石灰石、石英(SiO2)。主要设备：玻璃熔炉。生产条件：高温熔融。分析玻璃、水泥、陶瓷生产的共同点：都在高温下，发生了复杂的物理和化学变化。原料物质都有含硅元素，产品都含硅酸盐，且都是混合物。此外，化学家还制成了其他一些具有特殊功能
11、的含硅的物质。例如，硅与碳的化合物碳化硅(俗称金刚砂)，具有金刚石结构，硬度很大，可作砂纸、砂轮的磨料；人工合成的硅橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等；人工合成的分子筛，主要作吸附剂和催化剂等。投影金刚砂、硅橡胶、分子筛的图片过渡虽然硅的化合物随处可见，而且远古时期人类就已经开始加工和使用陶瓷，但硅的单质直到18世纪上半叶才由化学家制备出来。下面我们就一起来认识一下硅单质。二、硅单质1硅单质的物理性质分析与碳相似，硅单质有晶体硅和无定形体两种，硅晶体中每个Si原子都是以4个共价键和另外4个Si原子相连，形成空间正四面体的立体网状结构，类似于金刚石
12、的结构。提问结构决定性质，请同学们根据硅的结构来推测单质硅有什么性质？回答单质硅熔点高、硬度大。投影单晶硅图片总结灰黑色、有金属光泽，硬而脆的固体，熔、沸点高。硅在元素周期表中处于金属与非金属的过渡位置，晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。2单质硅的化学性质(1)常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质起反应，如：O2、Cl2、H2SO4、HNO3等。Si4HF=SiF42H2Si2F2=SiF4Si2NaOHH2O =Na2SiO32H2(2)加热的条件下，硅能跟一些非金属反应。SiO2SiO2Si2Cl2SiCl4SiCSiC设问从20世纪中叶
13、开始，硅成了信息技术的关键材料，那单质硅能用做什么呢？投影单晶硅的用途高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可做成太阳能电池，在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外，广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅制作的原材料。3硅的主要用途(1)用于制造硅芯片、集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件；(2)制造太阳能电池；(3)制造合金，如含硅4%(质量分数)的钢导磁性好制造变压器的铁芯；含硅15%(质量分数)的钢有良好的耐酸性等。课堂小结这节课我们主要学习了硅单质的结构、性质及用途和硅酸盐的知识，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
14、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；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。硅酸盐、硅单质一、硅酸盐1硅酸盐组成的表示方法(1)盐化学式法如：硅酸钠：Na2SiO3、硅酸钙：CaSiO3，此法用于组成简单的硅酸盐(2)盐氧化物法如：锆石：ZrO2SiO2红柱石：Al2O3SiO2镁橄榄石：2MgOSiO2钙铝石榴子石：3CaOAl2O33SiO22硅酸钠(1)硅酸钠是一种无色晶体，熔点高(2)Na2SiO3易溶于水，溶
15、液呈碱性，它的水溶液俗称“水玻璃”(3)Na2SiO3溶液易吸收空气中的CO2，化学方程式为Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3，因此Na2SiO3溶液要密封保存(4)用途：建筑工业和造纸工业用它作黏合剂，木材或织物用水玻璃浸泡后既防腐又不易着火3硅酸盐产品(1)水泥(2)陶瓷(3)玻璃二、硅单质1硅单质的物理性质单质硅的物理性质：灰黑色、有金属光泽，硬而脆的固体，熔、沸点高，是良好的半导体2单质硅的化学性质(1)常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质起反应，如：O2、Cl2、H2SO4、HNO3等(2)加热的条件下，硅能跟一些非金属反应3硅的主要用途(1)用于制造硅芯片、
