0 0 类别 : 教案

碳族元素 　 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1．碳族元素的名称、元素符号、在周期表中的位置。 2．碳族元素的原子结构特征、成键特点及其变化规律（金属性、非金属性、 气态氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸碱性）。 3．碳族元素的单质——金刚石，石墨，晶体硅，锗，金属锡和铅的基本知 识。 4．碳族元素及其有关化合物（氢化物和最高氧化物的水化物）的性质递变 规律与同周期其它元素及化合物的比较。 5．硅的性质与制法。 （二）能力训练点 1．归纳思维能力 元素周期表和原子结构的有关知识的学习，已为学生对本节的重点内容— —碳族元素性质的相似性和递变性的有效归纳奠定了基础，教师可通过诱导学 生对教材内容的阅读思考讨论→类比，最后归纳出有关规律。 可结合对高一已学过的卤族元素、氧族元素、氮族元素等元素族知识的比较 帮助学生加深对本节内容的认识。 2．自学能力 由于本节内容浅显易懂，可通过让学生自学掌握。自学时教师要设计一些明 确具体的问题（学案导学提纲），使学生在质疑、答疑过程中完成教学目标，从 而培养学生的自学能力。 （三）德育渗透点 1996年诺贝尔化学奖授予对发现 C60有重大贡献的三位科学家。1992年 、 1997年高考题都涉及到 C60的知识。将这些知识介绍给学生，以激发学习热情， 唤起他们热爱科学的情感。 对学生进行“由此及彼”、“量变引起质变”、“事物的一般性寓于特殊性之中” 等辩证观点的教育。 二、教学重点、难点、疑点及解决办法 1．重点 （1）碳族元素的成键特点——因为碳族元素原子的最外层上有 4个电子， 在化学反应中往往既不容易失去电子形成阳离子，也不容易得到电子形成阴离 子，而是以共价键的形式与其他元素结合形成化合物。但不能将这个问题绝对化 一方面说碳族元素不易直接形成离子键，并不是说碳族元素不能存在于离子化 合物之中，因为很多碳酸盐及简单的硅酸盐都是离子化合物；另一方面，像铅 等原子半径特别大的元素，也可在一定条件下形成阳离子。 （2）碳族元素的金属性和非金属性递变规律——学习中主要把握其表现形 式，如比较碳族元素和其他族元素的原子半径大小、氢化物稳定性、最高价氧化 物对应水化物的酸碱性强弱等等。 （3）硅的性质与工业制法——硅与碳的相似性质不活泼（常温下只能与氟 气、氢氟酸、氢氧化钠溶液），这是由于 Si-Si键键能较大所至。工业上用石英跟 焦炭在电炉里反应制得。 2．难点 （1）碳族元素的成键特点。 （2）碳族元素所形成的单质的晶体结构。 3．疑点 锡的金属性比铅的金属性弱，为什么锡的活泼性反而比铅强？ 碳族元素中铅的+2价化合物是稳定的，为什么其它元素的+4价化合物是稳 定的？ “结构决定性质”是解决本节有关问题的根本依据。“铅的+2价化合物稳定， 而其它碳族元素的+4价化合物稳定”体现出了一般性与特殊性的关系。 碳族元素是中学化学中最后一个非金属元素族。在元素周期表中，碳族元素 处于从活泼金属向活泼非金属过渡的中间位置，最外层上有 4个电子，得到 4 个电子或失去 4个电子达到稳定结构都比较难，与其它元素的原子化合时多数 形成共价键。碳族元素从非金属性向金属性递变的规律也相当典型，教学时要抓 住这些特点，引导学生在学习过程中运用元素周期律和原子结构的理论作指导， 以求温故知新。 充分利用教材中有关碳族元素的一些重要性质的数据，引导学生自己类比、 分析、归纳、总结有关递变规律。 引导学生分析金刚石与石墨晶体中碳原子结合方式有什么不同，C-C键长 是否相同，至此金刚石与石墨晶体熔点不同、沸点相同也就不言而喻了。 三、课时安排 1课时。 四、教具准备 元素周期表；金刚石、石墨晶体模型、足球；甲烷分子球棍模型。 五、学生活动设计 由于本节内容多数浅显易懂，可通过让学生自学掌握。自学时教师要设计一 些明确具体的问题（学案导学提纲），使学生在质疑、答疑过程中完成知识的学 习，从而达到培养学生归纳思维能力、自学能力的目的。 为了达到其它能力目标设计一些问题，组织学生讨论。 六、教学步骤 （一）明确目标 与“一”的内容相同。 （二）整体感知 碳、硅是碳族元素的重要代表，在分析推测其它元素的性质时，要牢牢抓住 它们原子结构的相似性，由此及彼地加以类推；在阐述碳族元素性质的递变性 时，又应扣住它们原子结构的主要差别（原子序数、电子层数、原子半径等）对 其性质的影响，体现出“原子核对外层电子的引力越大，元素的非金属性越强， 反之金属性越强”的质变事实。 （三）重点、难点的学习与目标完成过程 1．引言（组织教学：略） 今天我们一起来学习最后一个非金属族—碳族元素，它们中的大多数元素 及其化合物与日常生活、工农业生产、现代科学技术有着密切的联系，相信通过 学习你会大开眼界。 （1）【展示元素周期表】 请同学们先按照《学案导学》提纲自学课本 1-4页。 ①碳族元素的元素名称和元素符号依次是____、____、__ __、____、____。 碳和硅的原子结构简图分别是____、____。 根据碳、硅的原子序数以及元素周期表的结构可以推知另外三种碳族元素的 原子序数分别为____、____、____。 ②碳族元素的最高正价为____，负价为____，这是因为____________；用 R表示碳族元素，其氢化物的通式可写作，最高氧化物的通式可写作____，最 高氧化物的水化物的通式为____或_____。 ③碳族元素常见的正化合价有____和____，其中____等元素的____价化合 物比较稳定，而____元素的____价化合物比较稳定。 ④碳族元素易形成共价键的原因是________。 ⑤本族元素中，碳是构成化合物最多的元素（主要是有机物），____在地 壳中的含量占第二位，它主要存在于____和____中。因而，有人说：“____构成 了有机界，____构成了无机界”。常见的原子晶体中，以碳族元素的单质和化合 物为最多，如____等。____和____的单质晶体是目前应用最广泛的半导体材料。_ ___是人类认识和使用最早的金属之一，如青铜就是铜和该元素的合金。 ⑥硅是____色、有____光泽、____而____的_____体，常温下形____成晶体。 晶体硅的结构与____相似，因此在晶体硅中，每个硅原子都与____个相邻的硅 原子分别形成________对共用电子对，构成以该原子为中心的型结构。键角是__ ____。 硅的相对原子质量比碳大，但晶体硅的熔点却比金刚石低，其原因是_____ _。 ⑦硅的重要用途有：高纯硅用于____；含硅____的钢有____性，用于制造_ ___；含硅____的钢有____性，用于生产____。 ⑧硅的化学性质。 常温下，能与 F2、HF、NaOH溶液等反应，写出这些反应的化学方程式。 ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________。 高温下与 Cl2、O2等反应，方程式为 ________________________________________ ________________________________________。 ⑨硅的制取 工业上，硅是在电炉里用碳还原二氧化硅得到的，反应的化学方程式为___ _，这样得到的硅不纯净，称为“粗硅”，粗硅经提纯可得高纯硅。提纯的有关 反应方程式为____。 在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反应的 化学方程式为____，这样得到的粗硅中往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁 （Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为____、____、__ __。 （2）讨论与答疑 ①展示金刚石、石墨晶体模型，用足球代替“C60”，让同学们自己找出碳 原子的结合方式有何异同，晶体的类型分别是什么？再展示甲烷的分子结构模 型，让学生理解碳原子易与其它元素的原子形成共价键。 ②某元素氢化物分子式为 RH4，其最高价氧化物中含氧 72.7％，则该元素 的相对原子质量是多少？它是什么元素？ ③锡的氯化物有二氯化锡 SnCl2和四氯化锡 SnCl4两种，试比较它们的稳定 性；铅的氧化物有一氧化铅 PbO和二氧化铅 PbO2两种，试比较它们的稳定性。 ④物质的化学性质一般有酸、碱性，氧化、还原性之分，则 SnCl2突出的化 学性质是什么？PbO2突出的化学性质是什么？③实验室有时可用 PbO2和浓盐 酸反应制取氯气，试分析写出此反应的化学方程式。 （四）总结、扩展、答疑 1．碳族元素单质的熔沸点变化规律 碱金属、卤素单质的熔沸点随着原子序数的递增，均呈现出一定的变化规律 但碳族元素单质的熔沸点却无明确的变化规律。这是因为，物质的熔沸点决定于 物质形成晶体的结构。 对于碱金属和卤素而言，它们同一族元素的单质所形成的晶体属于同一类 型。碱金属单质形成金属晶体（下一章将学习），它们的价电子数相同，随着原 子半径的增大，其金属键减弱，故熔沸点降低；卤素的单质形成分子晶体，随 着分子量的增大，其分子间作用力增强，故熔沸点升高。对于碳族元素而言，由 于它们的单质的晶体类型不同，所以不可能形成同一规律。碳可形成金刚石（原 子晶体）、石墨（混合型晶体）及C60等多种晶体，硅通常形成原子晶体，而锡 和铅形成金属晶体，锗的晶体类型不甚明确。氧族元素、氮族元素的单质也有类 似的情况。 2．锡和铅的金属性比较 根据元素周期律，同一主族元素随着原子序数的递增，元素的金属性应逐 渐增强。但是，根据金属活动顺序表可知，锡的金属活动顺序排在铅的前边。那 么锡和铅的金属性到底哪一个强呢？ 元素的金属性是指元素的气态原子失去电子的性质，主要用第一电离能来 量度，第一电离能越小，则元素的金属性越强。查有关化学数据手册可知，锡的 第一电离能为 7.34eV，而铅的第一电离能为 7.42eV，故锡的金属性应比铅强。 金属活动顺序表是以实验事实为依据编写的，金属活动性除了与第一电离能有 关外，还与金属离子的水和能、水和离子在水中的迁移速率等有关。不管从哪个 角度比较，都是锡的金属性比铅强。 这样一来，就出现了事实与现阶段所学理论不相符合的现象。其实，这是周 期律中“镧系收缩”规律（将来可在基础无机化学中学到）在发挥作用。因为铅位 于周期表中第六周期，第六周期中由于镧系 15种元素的存在，使得后边的元素 原子半径显著减小。元素的金属性、非金属性都是核电荷数和原子半径分别对元 素原子得失电子的影响的综合结果。而这两者是一对矛盾。从锡到铅，原子半径 的增大所起的作用（使原子失电子能力增强）减弱，而核电荷数增大所起的作 用（使原子失去电子能力减弱）依然如故。所以，就出现了锡在铅的上方，反而 金属性比铅强的情况。 3．小结 碳族元素属于元素周期表的第ⅣA，包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，碳族 元素的原子最外电子层上都有 4个电子，由于它们处在容易失去电子的主族元 素和容易得到电子的主族元素的中间位置，所以容易生成共价化合物。由于碳族 元素核电荷数比同周期氮族、氧族、卤族元素的小，原子半径大，因此，非金属 性弱。硅与碳相似性质稳定。 4．当堂检测【投影】 ①碳族元素的符号分别是________________________。 ②比较大小或强弱：A．熔点：金刚石与石墨____；B．非金属性：C与 Si____；C．原子半径：C与 Si____；D．酸性：H2CO3与H2SiO3____。 ③碳族元素为什么易与其它元素的原子形成共价键？ ④碳族元素为什么比同周期的氮族、氧族、卤族元素的非金属性弱？_______ _________________________________________________。 （五）布置作业 1．课本第二页习题第 2、3题；第九页 2题。 2．试归纳总结非金属元素所具有的原子结构特点，具有哪些通性？ 七、板书设计 　 碳族元素 　 一、碳族元素 （一）原子结构特点及在周期表中的位置 1．原子结构特点：四个电子→形成共价键。 有+2、+4价。 2．位置：ⅣA元素符号分别为 C　 Si　 Ge　 Sn　 Pb （二）性质递变规律 小结：碳族元素比同周期的氮族、氧族、卤族元素的非金属性弱 二、碳与硅的比较（投影） 八、参考资料 金刚石是正四面体还是正八面体？ 现行初中化学课本上说：“纯净的金刚石是一种无色透明的正八面体状的固 体。” 而现行高中化学课本上却说：“在金刚石的晶体里每个碳原子都被相邻的四 个碳原子包围，处于四个碳原子的中心，以共价键跟这四个碳原子结合，成为 正四面体结构。”金刚石究竟是正四面体还是正八面体？ 金刚石晶体是碳原子直接通过共价键组成的晶体，每个碳原子都是以 SP2 杂化与相邻的四个碳原子形成四个共价键，每个碳原子都处在与它直接相连的 四个碳原子所形成的正四面体的中心，这些正四面体结构向空间发展，构成一 个坚实的、彼此联结的空间网状晶体，如果把晶体中的碳原子联结起来，即得如 高中第一册（必修本）157页图 5-12所示的金刚石结构示意图。杂化与相邻的四 个碳原子形成四个共价键，每个碳原子都处在与它直接相连的四个碳原子所形 成的正四面体的中心，这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联 结的空间网状晶体，如果把晶体中的碳原子联结起来，即得如高中第一册（必 修本）157页图 5-12所示的金刚石结构示意图。杂化与相邻的四个碳原子形成四 个共价键，每个碳原子都处在与它直接相连的四个碳原子所形成的正四面体的 中心，这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶 体，如果把晶体中的碳原子联结起来，即得如高中第一册（必修本）第 157页 图 5-12所示的金刚石结构示意图。 在金刚石晶体中不存在单个的小分子，而是由原子在空间有规则地排列成 具有整齐几何外型，以多面体出现的固体物质。金刚石的几何外型很复杂，有平 面的也有曲面的，在平面的晶体中简单的有六面体的、八面体的和菱性十二面体 的等等，其中最常见的是八面体的。所以，笼统的说金刚石是四面体还是八面体 结构都是不严格的。应该说金刚石结构从微观看是正四面体的价键结构，而从宏 观讲最常见的固体具有八面体的几何外型。