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2019-2020年高考化學(xué) 第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角—硅 第2課時教案 三維目標(biāo) 知識與技能 1.了解硅酸鹽的重要用途及組成。 2.了解硅的重要用途，了解硅單質(zhì)的物理性質(zhì)。 3.掌握Na2SiO3的化學(xué)性質(zhì)。 過程與方法 通過自主學(xué)習(xí)、探究，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在教師的指導(dǎo)下，通過上網(wǎng)查閱資料培養(yǎng)獨(dú)立查閱資料的能力。 情感、態(tài)度與價值觀 學(xué)習(xí)有關(guān)“陶瓷”的知識，了解中華民族的傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情感。通過硅及其化合物重要用途的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。 教學(xué)重點(diǎn) 硅酸鹽的性質(zhì)及重要用途、硅的用途 教學(xué)難點(diǎn) 硅晶體結(jié)構(gòu)，硅酸鹽的組成 教具準(zhǔn)備 多媒體課件、實(shí)物投影儀、燒杯、膠頭滴管、酒精燈、火柴、鑷子、蒸餾水、Na2SiO3溶液、手機(jī)芯片、玻璃片、石棉、水泥、砂紙、砂輪 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 〔多媒體播放課件〕 1.馳名世界的中國瓷器：景德鎮(zhèn)陶瓷 2.舉世聞名的萬里長城 3.世界奇跡——三峽大壩 4.世界大都市上?！獤|方明珠、發(fā)展日新月異的浦東新區(qū)、深圳特區(qū)…… 5.筆記本電腦，超大規(guī)模集成電路芯片 推進(jìn)新課 師：剛才我們所觀看的幻燈片，從遠(yuǎn)古的陶瓷、秦磚漢瓦，到現(xiàn)代的摩天大樓，迅速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)，無一不與硅酸鹽、硅及其化合物有著密切的聯(lián)系。這一切的一切，無一不在影響、改變著我們的生活，這一切的一切也都充分展示了硅及硅酸鹽經(jīng)久不衰的魅力！體現(xiàn)了它們重要的用途！ 師：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，在自然界分布極為廣泛。 師：展示Na2SiO3、玻璃片、水泥、石棉，取一小團(tuán)石棉、少量水泥于小燒杯中，加入少量的水，攪拌，觀察現(xiàn)象。 取少量水泥，加入稀鹽酸，觀察。 取一玻璃碎片，在酒精燈上灼燒，觀察變化。 生：由上述實(shí)驗(yàn)及我們的生活常識可以知道：硅酸鹽結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，一般不溶于水，性質(zhì)也很穩(wěn)定。做［實(shí)驗(yàn)42］ 取兩片濾紙，分別用蒸餾水和飽和Na2SiO3溶液潤濕，之后，同時分別用鑷子夾住放在酒精燈的外焰上點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象。 干濾紙 用蒸餾水潤濕 用Na2SiO3溶液潤濕 現(xiàn)象 結(jié)論 師：請同學(xué)們結(jié)合課本及上述實(shí)驗(yàn)，對Na2SiO3的性質(zhì)及用途加以總結(jié)。 生：（1）Na2SiO3是一種鈉鹽，易溶于水。（2）Na2SiO3具有一定的黏性，可作黏合劑。 （3）Na2SiO3可作防火劑。（4）Na2SiO3俗名水玻璃。（5）Na2SiO3可作肥皂的填充劑。 師：展示實(shí)驗(yàn)盛放NaOH、Na2SiO3、稀鹽酸、稀H2SO4的試劑瓶，請同學(xué)們比較其瓶塞的不同。 生：不同之處是：NaOH、Na2SiO3溶液的試劑瓶塞是橡皮塞；而HCl、H2SO4溶液的瓶塞為玻璃塞。 ［知識拓展］ 師：NaOH、Na2CO3溶液瓶塞相同,都是橡皮塞而不是玻璃塞。你能推測可能是什么原因造成的嗎？請討論。 生：Na2CO3溶液可能也和玻璃反應(yīng)；Na2CO3溶液某方面性質(zhì)可能與NaOH溶液相似，能與玻璃中的某些成分反應(yīng)；Na2CO3溶液可能也與NaOH相似，顯很強(qiáng)的堿性，也能與玻璃中的SiO2反應(yīng)；NaOH能與玻璃中的SiO2反應(yīng)，生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液，使瓶塞易被粘住，不易打開。 師（總結(jié)）：同學(xué)們剛才分析得很好，也很有道理！現(xiàn)在我們共同來分析一下NaOH、 Na2CO3的組成。它們都是離子化合物，且所含的金屬陽離子都相同，因此，不同的性質(zhì)應(yīng)該由不同的陰離子所引起，即的某些方面的性質(zhì)可能與OH-的某些方面性質(zhì)相似。而以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)會使我們明白這個道理：正是由于在水溶液中產(chǎn)生了大量的OH，使Na2CO3溶液也具有較強(qiáng)的堿性，能和玻璃中的SiO2反應(yīng)，生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液，易把瓶塞粘住，而不易打開。 同理，大家可以進(jìn)一步分析、探究：盛K2CO3溶液的試劑瓶塞用的是橡皮塞還是玻璃塞？ 生（齊答）：應(yīng)該是橡皮塞。 師：展示K2CO3溶液的試劑瓶——真是橡皮塞！ 師：同學(xué)們從初中乃至從小學(xué)就開始學(xué)習(xí)英語。“China”一詞大家都知道它的漢語翻譯是“中國”，可是，同學(xué)們知道它的最根本的含義嗎？ 生：我知道！它的本意指的是“瓷器”。 師：對！中華民族是一個勤勞、善良、勇于創(chuàng)造的民族！中華民族有著五千年光輝、燦爛的文明！也只有五千年的文化底蘊(yùn)，才能孕育出中華民族的智慧，才能磨煉出一雙雙巧奪天工之手！才能為世人捧出一件件精美絕倫的陶瓷制品！ ［多媒體播放］ 1.陜西半坡出土的人面魚紋彩陶盆 2.精美的清代花瓶 師：請同學(xué)們舉例說明我們?nèi)粘Ｉ钪杏心男┪锲肥翘沾芍瞥傻?？各有什么?yōu)良的性能？ 生：碗、火鍋、衛(wèi)生潔具。電源開關(guān)、貼墻壁的瓷磚。高壓線上掛的瓷環(huán)絕緣器。 …… 師：同學(xué)們所舉的事例，都是傳統(tǒng)的硅酸鹽陶瓷，它們有很多優(yōu)良性能，為我們的生活、為人類的科技進(jìn)步作出了很大的貢獻(xiàn)。受傳統(tǒng)陶瓷某些特殊性能的啟發(fā)，科技工作者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一次又一次的創(chuàng)新，又研制出了許多種組成不同、性能更特殊的新型陶瓷。 生：看書，教材P79：科學(xué)視野——新型陶瓷。 ［多媒體播放］ 無機(jī)非金屬材料家庭中的重要一員——新型陶瓷。 ［知識拓展］ 參考教材P79，另外，指導(dǎo)學(xué)生查閱資料補(bǔ)充。 師：硅酸鹽種類繁多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，為了方便起見，也為了便于同學(xué)們理解，通常用氧化物的形式來表示硅酸鹽的組成：硅酸鹽中的Ｓi元素，以SiO2的形式表示，金屬元素如Na、Ｋ、Ｍg、Ａl、Ca等，以它們常見的氧化物形式表示，Ｈ元素以Ｈ2Ｏ的形式表示。 方法：（1）找出組成元素 （2）寫成氧化物的形式 （3）注意原子守恒 （4）檢查有無遺漏 ［例題剖析］ （例1）正長石的組成，可表示成KAlSi3Ox，則x=_________，用氧化物的形式表示的組成為_______________。 師：請同學(xué)們先自主分析，求解?？梢杂懻?。 ［實(shí)物投影儀展示部分學(xué)生練習(xí)］ 師（總結(jié)分析）：根據(jù)化合物中各元素的正負(fù)化合價代數(shù)和必為零，有 1(+1)+1(+3)+3(+4)+x(-2)=0，x=8 按化合價規(guī)則可把KAlSi3O8改寫成二氧化硅與金屬氧化物的形式： K2OAl2O33SiO2或K2OAl2O36SiO2 （例2）礦泉水一般是由巖石風(fēng)化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。風(fēng)化作用是指礦物與水和CO2同時作用的過程。如鉀長石(KAlSi3O8)風(fēng)化生成高嶺土〔Al2Si2O5(OH)4〕的反應(yīng)為： 2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O====2K+++4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4 這個反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是____________________________________。 生：由反應(yīng)方程式可以知道，該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，是復(fù)分解反應(yīng)。因此，不能用氧化還原反應(yīng)的原理去分析解釋，只能從復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律去尋找答案。方程式左邊有H2CO3，右邊生成物有H4SiO4，符合強(qiáng)酸制備弱酸的原理。 師（總結(jié)分析）：很好，此反應(yīng)可看成酸和鹽之間的復(fù)分解反應(yīng)，此反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是較強(qiáng)的酸生成較弱的酸。 解答：碳酸酸性比硅酸強(qiáng)。 師：展示砂紙、砂輪、變壓器的硅鋼片。 師：這些都是具有特殊功能的含硅的物質(zhì)。 生看書：教材P78~79 ［板書］三、硅單質(zhì) 師：雖然硅的化合物很多，隨處可見，而且從遠(yuǎn)古時期人類就已經(jīng)學(xué)會加工和使用陶瓷，但是硅的單質(zhì)卻到很晚——18世紀(jì)上半葉才制備出來。 ［多媒體播放］ 硅的制備歷史 師：展示晶體Si及晶體Si的結(jié)構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生觀察并歸納、總結(jié)。 生：（歸納總結(jié)） （1）Si晶體結(jié)構(gòu)為正四面體形。 （2）單質(zhì)Si有晶體硅和無定形硅兩種。 （3）有金屬光澤、灰黑色固體。 （4）熔點(diǎn)高（1 410 ℃）、硬度大、質(zhì)脆。 （5）良好的半導(dǎo)體材料。 （6）有很廣泛的用途。 （7）常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑。 師（進(jìn)一步總結(jié)、完善）：同學(xué)們請把書翻到后面元素周期表?？匆豢磁cＳi位于同一橫行的左邊元素及右邊元素各是什么？由此能否體會出Ｓi的半導(dǎo)體性質(zhì)？ 生：同一橫行中，Ｓi左邊的元素為鈉（Na）、鎂（Ｍg）、鋁（Ａl），都是金屬元素；Ｓi右邊的元素分別為磷（Ｐ）、硫（Ｓ）、氯（Ｃl）、氬（Ａr），為非金屬元素，Ｓi位于其中間。金屬易導(dǎo)電，而非金屬單質(zhì)一般不易導(dǎo)電。因此，可以理解Ｓi的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，為半導(dǎo)體。 ［多媒體播放］ ［課堂小結(jié)］ 師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了硅酸鹽的重要用途及性質(zhì)，了解了硅酸鈉的特性——耐火。知道了Ｓi單質(zhì)的重要用途。從結(jié)構(gòu)上、從周期表的位置，進(jìn)一步理解了Ｓi的性質(zhì)。21世紀(jì)人類所面臨的重大問題之一：能源危機(jī)。而從書上我們了解到Ｓi是極具發(fā)展前景的新能源材料。同學(xué)們，隨著人們對Ｓi及其化合物的認(rèn)識越來越深刻，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信Ｓi及其化合物會對人類作出更大的貢獻(xiàn)，給人類帶來更大的驚喜！ （多媒體回放 Ｓi及硅酸鹽的重要用途） 板書設(shè)計(jì) 二、硅酸鹽 1.定義： 2.用途（記住用途）： 3.性質(zhì)： 4.代表：Na2SiO3 三、硅單質(zhì) 1.結(jié)構(gòu)： 2.周期表中位置： 3.用途： 4.性質(zhì)：①O2 ②F2 ③NaOH ④HF（Si的特殊性） 小結(jié)： 活動與探究 1.玻璃的形成 有這樣一個古老的傳說：有一群波斯商人販賣一車一車的純堿（Na2CO3），晚上在大海邊上宿營休息。夜間海邊刮起了大風(fēng)，怎么辦？商人們就想在海邊的沙灘上生火取暖。于是他們就從車上搬下大堿塊，用大堿塊把火圍了起來形成一個一個的大火盆，在篝火邊商人們睡著了。等到天亮，商人們又要趕路了。當(dāng)他們想把大堿塊搬上車時，眼前的情形讓他們驚呆了：大堿塊和沙子熔在了一起，形成了一大塊堅(jiān)硬透明的固體！這是什么原因造成的？你能幫助他們解釋么？ 反應(yīng)方程式 解釋 2.從教材上的一句話“光電池是極有發(fā)展前景的新型能源”，請你分析這一句話的含義。 隨堂練習(xí) 1.下列不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品的是（ ） A.玻璃 B.水泥 C.光導(dǎo)纖維 D.陶瓷 答案:C 2.下列不是水玻璃用途的是（ ） A.玻璃 B.木材防火劑 C.紙板黏膠劑 D.建筑裝飾材料 答案:A 3.鋼筋混凝土強(qiáng)度大，常常用來建造高樓大廈、橋梁涵洞、高速公路等，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著舉足輕重的作用，下面是鋼筋混凝土的主要成分的是（ ） A.水泥、沙子和鋼筋 B.水泥、沙子、碎石和鋼筋 C.水泥、碎石和沙子 D.水泥、沙子、碎石和水 答案:B 4.下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學(xué)反應(yīng)完成的是（ ） A.CO2→H2CO3 B.SiO2→Na2SiO3 C.Na2O2→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3 答案:D 5.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是( ) A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 B.CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀 C.高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2 D.氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀 答案:B 6.某無色溶液中加入過量鹽酸有沉淀產(chǎn)生，過濾后向?yàn)V液中加入過量氨水又有沉淀產(chǎn)生，下列溶液中符合此條件的是（ ） A.Ag+、Al3+、K+ B.、、K+ C.Ag+、Cu2+、Na+ D.Ag+、Ba2+、Na+ 答案:AB 7.下列說法不正確的是( ) A.3CaOAl2O3是水泥主要成分之一 B.Na2OCaO6SiO2是普通玻璃的組成 C.玻璃沒有固定的熔點(diǎn) D.欲觀察氫氣燃燒的火焰顏色，可采用普通玻璃管作燃燒管 答案:D 8.下列離子方程式，正確的是（ ） A.澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca2++2OH-+CO2====CaCO3↓+H2O B.碳酸鈉溶液中加入二氧化硅：+SiO2====+CO2↑ C.二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2 +2OH-====+H2O D.硅酸與燒堿溶液中和：H2SiO3+2OH-====+2H2O 答案:CD 9.用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高科技中占有重要位置，足見化學(xué)對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如： （1）計(jì)算機(jī)芯片的主要成分是____________。 （2）光導(dǎo)纖維的主要成分是____________。 （3）目前應(yīng)用最多的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是____________。 （4）用作吸附劑、干燥劑、催化劑或催化劑載體的人造分子篩大多是一類稱為_________的化合物。 答案:(1)硅（或Si或單晶硅） (2)二氧化硅（或SiO2） (3)硅（或Si） (4)鋁硅酸鹽（或硅鋁酸鹽） 10.某學(xué)生興趣小組想利用高嶺土（其主要成分是Al2O32SiO22H2O）制作新型凈水劑的試驗(yàn)。試驗(yàn)程序如下： 其中濾液C就是欲求的凈水劑。試回答下列問題： （1）寫出混合物A，濾液C和沉淀D的主要成分： A：__________________，C：__________________，D：__________________。 （2）寫出高嶺土與純堿熔融的兩個化學(xué)方程式________________________。 （3）該試驗(yàn)中，熔融高嶺土可以選用的坩堝有____________。 A.玻璃坩堝 B.瓷坩堝 C.氧化鋁坩堝 D.鐵坩堝 答案:（1）NaAlO2和Na2SiO3 AlCl3 H2SiO3 （2）Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ （3）D 習(xí)題詳解 1.答案:(1)⑧⑩ (2)⑤⑥⑦⑨ (3)①②③④ 點(diǎn)撥：①②③④屬于硅酸鹽產(chǎn)品；⑤⑦⑨的主要成分是SiO2，⑥中用到SiO2；用到硅單質(zhì)的是⑧⑩。 2.答案： 材料 物理性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 玻璃 硬度高、耐磨損，耐高溫，較脆 化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定 陶瓷 硬度高、耐磨損，耐高溫 化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定 3.答案：Na2SiO3+H2SO4+H2O====Na2SO4+H4SiO4↓ H4SiO4====H2SiO3+H2O 4.答案：B 5.答案：普通玻璃、石英和陶瓷都含有SiO2，可與燒堿發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2NaOH====Na2SiO3 +H2O 6.略 7.答案：SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 8.答案：晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用于信息技術(shù)和光電池等方面。 9.答案：（1）還原劑 （2）氧化還原反應(yīng)（化合反應(yīng)） 氧化還原反應(yīng)（置換反應(yīng)） 還原劑 （3）沙灘上有大量的沙子，其主要成分是SiO2，用C或H2進(jìn)行還原后得Si單質(zhì)，可用到計(jì)算機(jī)等電器上。 點(diǎn)撥：（1）在SiO2與C的反應(yīng)中C的化合價由0變?yōu)?2，故C在此反應(yīng)中作還原劑。 （2）在Si與Cl2的反應(yīng)中Si的化合價由0升高到+4，而Cl的化合價由0降到-1，故是氧化還原反應(yīng)，也屬化合反應(yīng)；在SiCl4與H2的反應(yīng)中H的化合價由0升到+1，故此氧化還原反應(yīng)（也屬置換反應(yīng)）中H2是還原劑。 11.答案：(1)n(Na2O)==0.21 mol n(CaO)==0.21 mol n(SiO2)==1.255 mol n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)=1∶1∶6 氧化物表示為：Na2OCaO6SiO2 (2)設(shè)需純堿、石灰石和石英的質(zhì)量分別為x、y、z Na2CO3 ~ Na2O CaCO3 ~ CaO 106 62 100 56 x95% 10 t13%31 y80% 10 t11.7%31 x=72.52 t y=80.96 t 需SiO2：10 t75.3%3195%=245.72 t 答：需純堿72.52噸，需石灰石80.96噸，需石英245.72噸。 12.略