0 0 类别 : 教案

硅及其重要的化合物 第一课时 教学目标 知识技能：在学习碳族元素知识的基础上，进一步认识硅的晶体结构、性 质和用途。 能力培养：通过联系碳的已学知识来学习硅的新知识，有助于培养学生对 新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力；通过金刚石的结构，培养学生的空间 想像能力。 科学思想：通过定量和定性分析，认识晶体类型与晶体主要物理性质的关 系，进一步渗透结构决定性质的观点。 科学品质：在学生从书本和课堂汲取知识的同时，介绍我国古今科学家的 重大发明和当代国内外的新技术、新成果。在大量的直观感性材料的陪衬下，使 化学学习不再使人感到枯燥乏味而是生动有趣；为学生构架一座从书本知识到 现代科技知识和生活实际的桥梁。有助于学生开阔眼界，提高科技文化素养。理 解更多的现代相关科学理论与技术。 科学方法：通过对硅晶体样品、金刚石球棍模型、硅晶体常温超真空扫描隧 道显微镜图像的观察，进行“观察方法”这一自然科学方法的指导。 重点、难点 理解掌握晶体微粒种类及其相互间作用力与晶体类型关系； 晶体类型与晶体主要物理性质的关系；掌握理论知识指导学习硅元素性质知识 的方法；培养空间想像能力，会把平面图想像成空间结构，又能把空间结构表 示在平面图上。 教学过程设计 教师活动 学生活动 设计意图 【引言】中国誉称“瓷国” 陶瓷是我中华民族一项最伟 大的创造，具有悠久而辉煌 的历史。原始陶器大约是 1 万年前出现在中国。“陶”作 为历史上第一种人造材料成 为人类摆脱蒙昧的时代标志， 化学与历史、 与社会、与 日常生 活紧密相关， 通过 秦兵马俑的制造展示了当时 制陶规模和高超的技术与艺 术水平。 【展示秦兵马俑图片或 录像】 【讲述】瓷器在东汉晚期 发明，到宋朝形成了举世闻 名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、 “定”、“官”几大名窑，其制品 工艺之精湛 观看兵马俑图片或 古瓷器图片、录像等。 介绍以上知 识，使 学生提高兴 趣，增 加学生的感 性认 识。 结合兵马俑 古 瓷器图片展 示中华 民族的古代 文明，激发爱国 主义情感。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 达到“青如天”、“薄如纸” “声如磬”的水平。而陶瓷主要 含硅元素。 【展示古瓷器的图片或 录像】 【设问】你能否举出在现 代社会中含硅元素的无机非 金属材料吗？ 【展示】体现现代文明的 无机非金属材料的图片，如： 加上“硅窗”的保鲜袋，超导 材料，电子陶瓷，集成电路 等。 【讲解】能源、材料、信息 是文明的三大支柱。而能源问 回答：含硅元素的 无机非金属材料有用于 制造电脑的半导体材料 如晶体管、集成电路，用 于信息传递的光导纤维。 玻璃、水泥以及超导材料 等。 联想我国古代历史 发明的辉煌的同时，了 解当代国内外新技术， 激发学生深层次的 学习动机。将化学与社会 紧密相连。 题的解决和信息社会飞速发 展的前提是能源材料、信息材 料的突破。硅在现代电子，航 空航天，敏感材料，超导材 料中起着十分重要的作用。我 们正努力夺回世界材料科学 的领先地位，再创中国材料 科学的辉煌。 【设问】谁知道硅在地壳 中的含量？谁又知道硅在宇 宙范围内的存量？ 【讲述】硅在地壳中的含 量为 27.72％，仅次于氧居第 二位。在宇宙范围内，硅的存 量次于氢、氦、碳、氖、氧、氮， 占第七位。 【指导阅读】阅读课本第 3页，第一、二自然段。 【板书】 一、硅在自然界中的存 在形式 【讲述】人类虽然在一万 年前制出了陶器，五千年前 古埃及人发明了玻璃。而人类 真正认识硅元素是在 1823年 由瑞典化学家贝采利乌斯用 金属钾还原四氟化 硅时获得单质硅的。 【展示】硅晶体样品或彩 图。 【设问】请同学描述一下 单质硅的色态？ 【板书】硅的物理性质 新成果，以及我们与世 界先进水平的差距。 回答：硅是自然界 中分布很广的一种元素， 它的含量仅次于氧居第 二位。在宇宙范围内的存 量不清楚。 阅读后归纳课本内 容并回答：在自然界中 无单质形式存在的硅， 只有化合态硅。硅是构成 矿物和岩石的主要元素。 回答：硅是灰黑色 有金属光泽的固体。 丰富知识的外延， 激发学生的好奇心。 培养学生阅读总结 能力及表达能力。 以史为鉴，既渗透 化学史教育又引发学生对 新知识的探求情感。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【讲述】在当今时代人们已 能通过仪器观察一些物质的原 子排列善，1990年美国等少数 国家首先在—296℃的低温下移 动了原子。 【展示】1993年中国科学院 真空物理实验室在常温下以超 真空扫描隧道显微镜为手段， 通过用控针拔出硅晶体表面硅 原子形成约 2nm的汉字中国图 片。（见附 1） 【投影】硅晶体结构平面图。 【提问】1.画出平面图中硅 晶体的最小结构单元。 2.画出最小结构单元的立 体结构示意图。 【展示】金刚石晶体球棍模 型 【投影并提问】在金刚石和 硅晶体结构中，由碳原子或硅 原子直接相连形成的最小环上 有____个碳原子或有____个硅 原子。相邻的 Si— Si键角____， 相邻的 C—C键角____. 回答：最小的碳原子环上 有 6个碳原子。同样最小的硅原 子环上有 6个硅原子。键角均为 109°28′ 启发学生的空间 想像能力。加深对空间 正四面体网状结构的认 识，从而建立金刚石、 晶体硅结构的抽象思维 概念。 检验学生对晶体 硅结构的抽象认识及空 间想像能力。 【投影】 【提问】通过以上对硅晶体 与金刚石晶体结构的对比，请 你分析一下结构对它们主要物 理性质的影响？ 回答：硅晶体与金刚石同 属原子晶体，均为四面体结构， 并向空间无限伸展成空间网状 结构。它们的物理性质特点为硬 度大，熔、沸点高。但金刚石的 键长短，键能大，所以其硬度， 熔、沸点高于晶体硅。 培养思考问题的 逻辑方法。应从定性， 定量两方面出发全面衡 量。进一步树立结构决 定性质的观点。 【设问】晶体硅、金刚石、二 氧化硅、碳化硅同属原子晶体， 请同学们讨论一下这四种晶体 的熔、沸点高低顺序？ 讨论思路：1.构成原子晶 体的微粒为原子；2.晶体内结 合力取决于原子间形成 利用元素周期表、 周期律，全面深入的分 析问题。考 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【总结晶体硅的物理性 质】 1．硅的熔、沸点高，硬 度大。2．由于硅原子半径大 外层电子受核引力较小，因 而是具有一定导电能力的半 导体。与处于两性线附近的锗 一佯，是重要的半导体材料。 【讲述】我们知道，碳在 常温下化学性质很稳定，在 高温下能跟氧气等物质反应。 下面请同学们根据所学碳以 及元素周期律知识，讨论归 纳出一些硅的化学性质？ 【投影】碳、硅化学性质 对比表（见附 2） 【对照投影归纳总结】碳 硅为ⅣA元素，最外层有 4 个电子，容易形成共价化合 物。在化学性质上的相似点： 常温时性质稳定，加热时可 与O2、Cl2、H2等许多非金属反 应。碳和硅都具有还原性。硅 可用做炼钢时的脱氧剂。不同 点：SiH4不如 CH4稳定。硅可 与氯气直接反应，碳不能与 氯气直接反应，硅的非金属 性比碳弱。另外硅在常温下可 与氢氟 酸、强碱反应，碳则 的共价键的键长和键能；3． 周期表中 各原子位置。得出 结论： 原子半径 Si＞C＞O 键长：C—C＜Si—O＜ Si—C＜Si—Si 键能：C—C＞Si—O＞ Si—C＞Si—Si 熔、沸点：金刚石＞二氧化硅 ＞碳化硅＞晶体硅 学生可能的回答： 1.硅、碳同属ⅣA元素，最外 电子层有 4个电子。所以硅的化学 性质与碳相似。容易形成共价化合 物。 察学生对结 构决定性质这一 思维方法的应用。 增加学生活 动的空间，培养 归纳问题并利用 已有知识对新问 题进行探究的方 法。 通过对比加 深对硅的化学性 质的认识。 不能。 将碳、硅化学性质对比表记录 于笔记中。 【板书】四、硅的制法 【指导阅读】课本第四页 【讲述】用适量碳还原二 氧化硅得到粗硅。将粗硅与氯 气在高温下反应，得液态不 纯的四氯化硅，经分留提纯 用氢气还原即可得纯硅。 【提问】写出以上各步制 纯硅的化学反应方程式？ 根据所讲的知识写出化学反应 方程式： 及时反馈学 生对硅的化学性 质的认识。书写化 学方程式。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【板书】五、硅的用途 【投影】硅的应用树状图 （或用电脑制作的课件来代 替）。（见附 3） 【讲述】在科学家们的努力 下，新思维、新方法层出不穷。 人们正朝着按人的意志安排一 个个原子的目标冲刺，多少奇 迹将展现眼前。到那时新材料 的研制和生产就像《一千零一 夜》里的阿拉丁神灯一样，几 乎无所不能，样样遂人心意地 安排。 【课后小结】指导学生归纳 本节内容。 观察与思考。 回忆本节课所学内 容，师生共同总结。 介绍最新科学 成就。激发学生强烈 的创造意识。使学生 对知识的认识不只 停留在书本上认识 科学的社会效益。激 起其积极进取追求 科学的意识。 培养学生叙述 表达及归纳能力。 【投影】随堂检测 及时反馈教学 效果。 附 1：常温下以超真空扫描隧道显微镜为手段通过用探针拨出硅晶体表面 的硅原子在晶体硅表面形成规整的“中国”字样图形，这两个字的“笔画”宽 度为 2nm，为目前已知最小汉字。 附 2：碳和硅化学性质对比投影 性 质 物质 C Si 1．常温：化学性 质稳定 2．跟非金属反应 C跟 Cl2不直接反应 3．跟碱的反应 4．跟酸的反应 5．还原性 C跟强碱不反应 Si+2NaOH+H2O= Na2SiO3+2H2↑ *Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ 附 3：硅的应用树状图 第二课时 教学目标 知识技能：让学生理解二氧化硅的晶体结构，掌握二氧化硅的化学性质， 了解其用途；并对硅酸的组成、性质及硅酸盐的组成和用途形成初步的认识；培 养学生一定的操作技能。 重点、难点培养学生的阅读能力、自学能力；用对比的方法理解和掌握知识 的能力，分析问题的思维能力。 科学思想：通过二氧化硅和硅酸钠知识的学习，培养学生树立物质 科学品质：通过展示水晶样品和二氧化硅的结构模型，让学生感受到化学 世界里美的感染与激励，激发学生的求知欲和学习兴趣；通过对二氧化硅和硅 酸盐用途的讨论，让学生体会到化学与社会的紧密联系，增强学生学习化学的 情感需要；通过对我国陶瓷发展史的讨论，激发学生的爱国热情。 科学方法：培养学生学会由结构入手认识性质，由性质认识用途的方法； 由模型入手认识微观结构的方法；用表格来处理资料等科学方法。 重点、难点 二氧化硅的结构和化学性质；培养学生的自学能力和对比分 析的能力；培养学生学会由结构入手认识性质，由性质认识用途的方法；培养 学生用表格处理资料的科学方法。 教学过程设计 教师活动 学生活动 设计意图 【引言】在地壳里，硅的含量 在所有元素中居第二位。在自然 界里硅只以化合态存在。你能写 出一些硅的化合物的化学式吗？ 这节课我们就来学习硅的化合物 的有关知识。先看二氧化硅的结 构及性质。 【板书】二、二氧化硅 写出一些含硅化合物 的化学式： SiO2、Na2SiO3、H2SiO3 激发学生思 维，引出本课所 要学习的对象。 【设问】你知道研究物质的性 质有哪些常用方法？对于二氧化 硅可采用其中的什么方法？分组 讨论。 纷纷说出前面学习中 用过的方法。 让学生掌握 学习物质性质的 常用的方法。 讨论后说出可用“通过 结构认识性质”的方法，同 时又与二氧化碳对比进行 研究。 【讲解】天然的二氧化硅分为 晶体和无定形两大类。石英、水晶 硅藻土等都含有二氧化硅，二氧 化硅的物理性质怎样？ 描述二氧化硅，填写 表 1中物理性质中的内容。 一学生写在投影片上。 通过对水晶 样品的观赏，培 养学生对化学世 【展示】一块水晶样品，让学 生观察后描述二氧化硅，填写表 1-1中的物理性质。 【投影】表 1（见附 1） 界外美的感染与 激励，激发学生 的好奇心与求知 欲。 【设问】二氧化硅与二氧化碳 都是酸性氧化物，为什么二者的 物理性质有如此大的差异？请阅 读课本第 5～6页二氧化硅的结构 部分，填写表 1-1中二、三两栏。 回答：结构不同。阅读 课本找出原因是二氧化硅 为原子晶体，而二氧化碳 为分子晶体。 填写表格。 培养学生阅 读和自学能力， 学习用表格处理 资料的方法及应 用“由结构入手认 识性质”的方法。 【设问】二氧化硅晶体的空间 结构如何？如何理解二氧化硅的 化学式为 SiO2? 【软件演示】二氧化硅晶体的 结构模型。 观看后回答：SiO2晶 体是立体网状结构。在 SiO2 晶体里，每个 Si周围结合 四个O，同时每个O与两 个 Si相结合，在 SiO2晶体 中原子个数比为 1 2∶ ，因 此用“SiO2”这个式子表示二 氧化硅晶体的组成。 通过模型展 示化学中的美感， 培养学生由模型 入手认识微观结 构的方法；加深 理解原子晶体化 学式的含义。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【设问】联系二氧化碳化 学性质，设想酸性氧化物二 氧化硅可能会有哪些化学性 质？ 回忆 CO2的化学性质； 思考后回答：SiO2的化学性 质为能与强碱反应，又能与 碱性氧化物反应。 复习酸性氧 化物 CO2的化学性 质；培养学生应用 酸性氧化物概念认 识 SiO2的化学性质 的能力。 【指导阅读】请阅读课本 第 6页化学性质部分后填写 有关 SiO2、CO2的化学方程式 阅读后填写化学方程 式。一学生写在投影片上。 培养阅读能 力和自学能力；掌 握 SiO2的化学性质。 【设问】比较二氧化硅和 二氧化碳在化学性质上的异 同点。 【投影】二者化学性质上 对比后回答异同点。 培养学生用 表格处理资料的能 力；培养学生分析 能力和总结能力。 的异同点。 （见附 1） 【设问】为什么二者与碱 性氧化物反应时条件有差异？ 思考后回答：二氧化 硅为原子晶体，且 Si—O键 键能大。 培养学生树 立物质“结构 性质”的科学 观点。 【设问】二氧化硅的性质 决定它有什么用途？指导学 生阅读课本第 7页用途部分。 【设问】二氧化硅还有哪 些用途？分组讨论。 阅读后小结二氧化硅 的用途。小组讨论后发言： 可用于光导纤维、制宝石、制 单晶硅、制玻璃等。 培养学生由 性质认识用途的科 学方法，并让学生 感受到化学与社会 紧密联系，增强学 习化学的情感需要。 【板书】三、硅酸 硅酸盐 1.硅酸 【设问】实验室如何制得 硅酸？ 【演示】将 1:2的HCl滴 入饱和Na2SiO3溶液中，观察 现象。 回答：可用 H2SO4、HCl、H2CO3与硅酸 盐反应。 观察记录实验现象： 产生白色胶状沉淀。 巩固含氧酸 的制法：培养观察 能力。 【讲解】这里看到的白色 胶状沉淀是原硅酸，它在干 燥的空气中不稳定，易失部 分水变成白色粉末状的硅酸， 所以 SiO2对应的水化物有两 种。根据性质填写原硅酸、硅 酸、碳酸的对比表。 【投影】表 2（见附 2） 感知原硅酸、硅酸的不 同及相互转化。填写表 2中 的内容。 一学生写在投影片上。 学习原硅酸、 硅酸的知识；让学 生学会用表格处理 资料的方法。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【设问】硅酸与碳酸相比 哪种物质的酸性强？其理论 依据是什么？ 【设问】如何通过实验加 以验证？ 思考后回答：碳酸强。 因为同主族元素从上至下最 高价氧化物对应水化物的酸 性逐渐减弱。 回答：向Na2SiO3溶液 中通入 CO2气体。 复习元素周 期律和知识，培养 学生实验操作技能。 【指导实验】验证碳酸比 硅酸酸性强。 演示：向Na2SiO3溶液 中通往 CO2气体，其他学生 观察记录现象。 【讲解】下面我们了解硅 酸盐的知识。 【板书】2.硅酸盐 【设问】什么叫硅酸盐？ 阅读课本第 8页第一段。 阅读教材，理解硅酸盐 是指硅酸、原硅酸和由它们缩 水结合而成的各种酸所对应 的盐。 学会判断硅 酸盐。 【讲解】硅酸盐种类很多 大多难溶于水，可溶性硅酸 盐中，最常见的是Na2SiO3， 它的水溶液俗称水玻璃，又 称泡花碱，是一种无色粘稠 的液体，它有什么用途？ 回答：制硅酸。 了解硅酸钠 的物理性质；激发 学生思维，引出问 题。 【讲解】实验室里用于制 H2SiO3，工业上可制成硅酸 凝胶，处理后就得硅胶。硅胶 是一种很好的干燥剂和催化 剂载体。 【展示】硅胶样品 【板书】3.硅酸的用途 （1）制硅胶 观察硅胶。 记笔记。 培养学生“性 质 用途”的 科学观点。 【设问】Na2SiO3还有哪些 用途？请观察以下几个实验 现象。 【展示】用玻璃塞塞紧的 长期装水玻璃的试剂瓶，拔 其瓶塞。 观察到瓶塞拔不出。 设置情境， 激发学生的兴趣。 【演示】将用水玻璃浸过 的且已干燥的布条放火焰上 烧。 【演示】将用水玻璃浸过 的长期存放的鲜蛋敲碎。 观察到布条没有燃烧。 观察到鲜蛋没有坏。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【设问】由这几个实验事实 说明Na2SiO3有什么用途？ 【板书】（2）粘合剂； （3）耐火材料；（4）防腐剂。 纷纷说出Na2SiO3的用 途：作粘合剂、耐火材料、防 腐剂等。 记笔记。 培养学生由 性质认识用途的 科学方法。 【讲解】硅酸盐种类繁多， 结构复杂，为了方便记忆和计 算，常用氧化物的形式表示硅 酸盐的组成。书写顺序为：金属 氧化物、二氧化硅、水。若有两种 金属氧化物，则活泼的在前， 较不活泼的在后。 记忆硅酸盐氧化物形式 表示的规律。 让学生掌握 用氧化物的形式 表示硅酸盐的组 成。 【设问】请用氧化物的形式 表示硅酸钠[Na2SiO3]、镁橄榄石 [Mg2SiO4]、高岭土[Al2（Si2O5） （OH）4]的组成，一学生写在 投影片上。 写出答案：Na2O·SiO2 2MgO·SiO2、Al2O3·2SiO2·2H2 O 巩固硅酸盐 氧化物形式的表 示方法。 【讲解】粘土也属于硅酸盐 其主要成分是高岭土，可用于 制造水泥和陶瓷。 感知粘土的成分和用途。 为下一节硅 酸盐工业作铺垫。 【设问】硅酸盐种类很多， 用途很广，试举例说明。 纷纷说出硅酸盐的用途： 制玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦等。 让学生感受 到化学与社会紧 密相连，增强学 习化学的情感需 要。 【设问】为什么在英文中用 China表示中国？ 【讲解】陶瓷在我国历史悠 久，但目前发展状况不容乐观， 还需各位作出不懈的努力，宏 扬民族文化的精髓。 纷纷说出自己的看法： 陶瓷是中国人发明并最早使 用，欧洲人视中国陶瓷为无 价之宝，所以欧洲人把瓷器 叫做“China”，久而久之 “China”就成了中国的英文名 称。 培养学生爱 国主义情感和民 族自豪感。 培养学生的 进取心和责任感。 【讲解】请大家小结本节课 的知识重点。 【设问】在这节课中，你对 化学与社会间的关系有什么认 识？ 思考后回答：二氧化硅 的结构及其化学性质。 回答：化学与社会的关 系很紧密，社会的进步离不 开化学的发展。 巩固本节课 的知识重点。 激发学生学 习化学的热情。 【作业】课本第 9页第 4、5、6题。 续表 教师活动 学生活动 设计意图 【随堂检测】 1．你学过的原子晶体有哪些？其中属于化合物的是 什么？ 2．用化学方程式表示二氧化硅是酸性氧化物。 3．下列溶液通入过量的 CO2后无沉淀的有[ ]。 A.CaCl2 B.Ca（ClO）2 C.Na2SiO3 D.饱和Na2CO3溶液 第 1题考查 二氧化硅结构， 属理解层次。 第 2题考查 酸 性氧化物定 义，复 习二氧化硅 的化学 性质，属掌 握层次。 第 3题考查 综 合能力，属 应用层 次。 附 1：投影片 表 1 二氧化硅和二氧化碳结构性质比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 熔点、沸点、硬度、状 态 很高、大、固态 低、小、气态 晶体类型 原子晶体 分子晶体 晶体中作用力或键 共价键 分子间作用力 化 学 性 质 与水 不反应 CO2+H2O H2CO3 与氢氟酸 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 不反应 与碱溶液 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 与碱性氧化物 CO2+CaO=CaCO3 二氧化硅与二氧化碳性质的异同点： 相同点：都是酸性氧化物，都与碱或碱性氧化物反应。 不同点：① CO2与水反应生成H2CO3；SiO2不与水反应；② SiO2溶于氢氟 酸，CO2不与氢氟酸反应；③ SiO2须在高温下与碱性氧化物反应，而 CO2可在 常温加压下进行。 附 2：投影片 表 2 原硅酸、硅酸、碳酸的对比 物质 原硅酸 硅酸 碳酸 化学 H4SiO4 H2SiO3 H2CO3 式酸酐 SiO2 SiO2 CO2 制法 Na2SiO3+H2O+2HCl= H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3↓ CO2+H2O H2CO3 颜色 与状态 白色、胶状 白色、粉末状 无色液态，只存在 于水溶液中 水溶 性 不溶于水 不溶于水 只存在于水溶液中 酸性 比较 均为弱酸，但碳酸比原硅酸和硅酸强 附 3：软件选自北京师范大学出版社出版的“微观世界集锦·探密”。 附 4：随堂检测答案 1．金刚石、单晶硅、二氧化硅 二氧化硅 2．SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 3．（A）（B）