高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計

高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計

  在教學工作者開展教學活動前,有必要進行細緻的教案准備工作,教案是教學活動的依據,有著重要的地位。怎樣寫教案才更能起到其作用呢?以下是小編為大家收集的高中化學《矽和二氧化矽》的教案設計,歡迎大家借鑑與參考,希望對大家有所幫助。

  教學目標

  1.使學生了解矽的結構特點、性質、用途、存在及製備方法。

  2.使學生了解二氧化矽的存在、性質和用途。

  3.培養學生對知識歸納、總結和探究的能力。

  教學重點

  矽和二氧化矽的化學性質

  教學難點

  培養學生對知識的歸納、總結和探究的能力

  課時安排

  一課時

  教學方法

  引導、探究、對比、練習

  教學用具

  投影儀

  兩條幹燥的布條或線繩(其中一條在矽酸鈉溶液中預先浸過)、酒精燈、火柴

  教學過程

  [引言]請大家看課本彩圖中的矽單質照片。

  [師]別看它看起來灰溜溜,它自己及它的化合物的作用卻是大得很。大到高科技領域,小到我們的周圍,到處都有矽及其化合物的蹤影。當今電子工業的飛速發展,更是與人們對矽的性質的認識息息相關。本節課,我們就來學習矽及其化合物的有關知識。

  [板書]第二節 矽和二氧化矽

  [過渡]首先,我們來認識一下元素含量居於自然界第二的矽單質的性質。

  [板書]一、矽(Si)

  [師]請大家閱讀課本P145的第一、二自然段,總結出矽的存在形態、結構特點、物理性質等方面的內容。

  [學生閱讀]

  [問]矽元素以什麼形態存在於自然界?矽元素主要存在於什麼物質裡?

  [生]矽以化合態存在於自然界,矽元素主要存在於地殼的各種礦物和岩石裡。

  [問]矽有幾種同素異形體?分別是什麼?

  [生]矽有晶體矽和無定形矽兩種同素異形體。

  [問]為什麼晶體矽的熔沸點高、硬度大?

  [生]因為它的.結構類似於金剛石。

  [問]矽的導電性怎樣?

  [生]介於金屬與非金屬之間,是半導體。

  [師]很好。以上內容我們可總結如下:

  [板書]以化合態存在於自然界,有兩種同素異形體。

  (1)物理性質:熔、沸點高,硬度大,半導體。

  [過渡]那麼,矽單質的化學性質又有哪些?其與同主族的碳相比,是否一樣?下面,我們就來學習這個問題。

  [板書](2)化學性質

  [師]請大家根據初中所學知識回答,碳單質有哪些化學性質?

  [生]碳單質在常溫下性質穩定,高溫時可與氧氣等活潑非金屬反應。在化學反應中常做還原劑。

  [師]回答得很好。那麼,矽的性質是否也如此呢?請大家閱讀課本P146第一自然段進行總結。

  [學生閱讀後回答]

  常溫下,矽的化學性質不活潑,除氟氣、氫氟酸和強鹼外,矽不跟其他物質,如氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等起反應。加熱時,能跟一些非金屬反應,如它能和氧氣反應生成二氧化矽。

  [師]對。我們可把上述矽單質的化學性質歸納如下:

  [講解並板書]常溫下性質穩定

  Si+2F2====SiF4 Si+4HF====SiF4+2H2↑

  Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑ Si+O2 SiO2

  [師]除此以外,矽在高溫時還可分別與碳及氮氣反應生成熔沸點很高、硬度很大的金剛砂——碳化矽(SiC)及氮化矽(Si3N4)。

  [過渡]物質的用途由其性質決定,矽的這些性質決定了矽什麼樣的用途呢?請大家閱讀課本P146第二自然段和課本P147選學內容“矽的用途”。

  [板書](3)矽的用途

  [學生閱讀後回答]可以用來制積體電路、電晶體、矽整流器、太陽能電池,還可以用來製造變壓器鐵芯及耐酸裝置等。

  [師]回答得很好。不過,大家需要知道的是,電子工業上所用的矽,都是純度很高的矽,而由我們剛才所學知識知道,自然界沒有單質矽存在。那麼,我們怎樣製取矽呢?請大家看課本後回答。

  [板書](4)矽的製法

  [學生看書後回答]我們使用的矽,都是從矽的化合物中提取的。工業上用碳和二氧化矽在高溫下反應制取矽。

  [板書]SiO2+2C Si+2CO↑(工業製法)

  [師]注意!上述反應中的產物是一氧化碳,而不是二氧化碳。另外,透過上述反應所製得的矽只是粗矽,用做半導體材料時,還需將其提純。

  [過渡]矽在常溫下性質穩定,但在受熱條件下可與氧氣反應生成二氧化矽。接下來,我們來學習矽的最高價氧化物——二氧化矽的性質。

  [板書]二、二氧化矽(SiO2)

  [問]二氧化矽與二氧化碳都是第ⅣA族元素形成的最高價氧化物,它們的性質是否相同呢?請大家回憶我們初中學過的二氧化碳的性質,並從物理性質和化學性質兩方面回答。

  [生]二氧化碳的物理性質是:常溫常壓下是無色無味的氣體,能溶於水,密度比空氣大。

  化學性質是:本身不燃燒,一般情況下也不支援燃燒,能與水反應生成碳酸,能與鹼反應,是酸性氧化物。

  [師]大家回答得很流利。請問,有沒有固體的二氧化碳?

  [生]有!固體的二氧化碳叫乾冰。

  [師]乾冰可以用來人工降雨,為什麼?

  [生]因為乾冰有易昇華的性質。

  [師]那麼,二氧化碳所具有的物理性質二氧化矽是否具有呢?請大家看課本有關內容,比較二氧化碳與二氧化矽的物理性質。

  [板書](1)物理性質

  [學生看書後回答]二氧化矽與二氧化碳的物理性質差別很大,它是一種堅硬難熔的固體,不溶於水。

  [板書]堅硬難溶的固體,不溶於水。

  [過渡]二氧化矽的化學性質與二氧化碳相比,是不是也有這麼大的差異呢?請大家閱讀課本有關內容,並填寫下表。

  [板書](2)化學性質

  [投影展示]SiO2與CO2化學性質的比較

  物質 二氧化矽(SiO2) 二氧化碳(CO2)

  與水反應

  與酸反應

  與鹼反應

  與鹼性氧化物反應

  與碳反應

  [找一個同學把答案填寫在膠片上,不足部分由教師和學生共同補充]

  注:[上表答案]

  不反應 CO2+H2O H2CO3

  SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O 不反應

  SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O

  CO2+NaOH====NaHCO3

  SiO2+CaO CaSiO3

  CO2+Na2O====Na2CO3

  SiO2+2C Si+2CO↑

  CO2+C====2CO

  [師]從上表可以看出,二氧化矽能與鹼反應生成相應的鹽和水,是一種酸性氧化物,它不能溶於水得到相應的酸——矽酸。

  酸性氧化物一般不與酸發生化學反應,而二氧化矽卻能與氫氟酸發生反應,這也是工業上用氫氟酸雕刻玻璃的反應原理。以上兩點,屬二氧化矽的特性。

  由此,我們可總結出二氧化矽的主要化學性質為:

  [講解並板書]不溶於水的酸性氧化物,能與氫氟酸反應。

  [問題探究]為什麼實驗室中盛放鹼液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

  [生]因為玻璃中含有SiO2,SiO2是酸性氧化物,能和鹼起反應,容易使玻璃瓶塞和瓶頸粘在一起而不能開啟。

  [師]很正確。

  [過渡]二氧化矽廣泛存在於自然界中,與其他礦物共同構成了岩石,天然二氧化矽也叫矽石。砂子的主要成分就是二氧化矽,石英的主要成分也是二氧化矽,水晶是純度較高的二氧化矽。請大家看課本有關內容,瞭解它們的用途。並總結出來。

  [板書](3)用途

  [學生看書後回答]二氧化矽可用來做光導纖維;石英可用來做石英鐘、石英錶,耐高溫的石英玻璃;水晶可以用來製造電子工業中的重要部件、光學儀器、工藝品、眼鏡片等,含有有色雜質的石英,還可用於製造精密儀器軸承,耐磨器皿和裝飾品等。

  [師]大家回答得很全面。

  [師]確實,二氧化矽在日常生活、生產和科研等方面有著重要的用途,但有時也會對人體造成危害,使人患矽肺病,請大家閱讀課本P148“二氧化矽粉塵的危害”的內容。

  [學生閱讀後]

  [師]希望大家努力學習,並能在將來發明和創造一些新的技術,新的裝置以控制空氣中粉塵的含量,從而為人類的健康和生存環境做出貢獻。

  [過渡]剛才我們提到二氧化矽不能溶於水得到相應的酸——矽酸。那麼,矽酸是怎樣的一種酸?它怎樣製得呢?下面我們就來學習這個問題。

  [板書]三、矽酸(H2SiO3)

  [師]從上一節我們比較同主族元素的性質知道,矽酸是一種比碳酸還要弱的酸,它不溶於水,不能使指示劑變色,是一種白色粉末狀的固體。

  [板書]不溶於水,酸性比碳酸弱。

  [師]矽酸可透過可溶性矽酸鹽與酸反應得到,如:

  [講解並板書]Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl

  Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

  [講解]生成的H4SiO4叫原矽酸,是一種白色膠狀物質,不溶於水,在乾燥的空氣中易失水變成矽酸。矽酸在加熱條件下會進一步失水得到二氧化矽。

  [板書] H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O

  [過渡]剛才我們提到的矽酸鈉,是一種可溶性的矽酸鹽,而其他矽酸鹽多數是不溶於水的。矽酸鹽是構成地殼岩石的主要成分,自然界中存在的各種天然矽酸鹽礦物,約佔地殼質量的5%。

  [板書]四、矽酸鹽

  [師]請大家看以下實驗。

  [演示實驗]取兩根一樣的乾燥布條(其中一根在矽酸鈉溶液中浸過)在火焰上燃燒。

  [問]兩根布條燃燒的情況一樣嗎?現象有何不同?

  [生]不一樣。一根很容易燃燒,一根不燃。

  [師]是什麼原因造成了這樣的差別呢?答案在這裡!

  [板書]矽酸鈉(Na2SiO3)

  [講解]不燃的布條是由於我預先在矽酸鈉溶液中浸泡並曬乾的。這也是矽酸鈉的用途之一。矽酸鈉的水溶液俗名“水玻璃”,其用途很廣,建築工業及造紙工業用它做粘合劑。

  木材或織物用水玻璃浸泡過後既防腐又不易著火。浸過水玻璃的鮮蛋可以長期儲存。水玻璃還用作軟水劑,洗滌劑和制肥皂的填料。它也是制矽膠和分子篩的原料。

  矽酸鹽的種類很多,結構也很複雜,通常可用二氧化矽和金屬氧化物的形式來表示其組成。書寫時,應把金屬元素的氧化物寫在前面,若有多種金屬元素,按活潑性依次減弱的順序寫出其氧化物,然後寫SiO2,最後寫H2O,且各氧化物之間要用“”隔開。如:

  [板書並講解] Na2SiO3 Na2OSiO2

  Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O

  [師]粘土的主要成分也是矽酸鹽,是製造陶瓷器的主要原料。

  [投影練習]閱讀下文,完成1~3題。

  矽晶體結構類似於金剛石,低溫下單質矽不活潑,與空氣、H2O、酸均無作用,但可與強鹼和強氧化劑在適當溫度下作用,如矽能與鹵素在加熱或高溫下生成四鹵化矽,高價態矽的化合物可在高溫下被碳、鎂、氫等還原劑還原成單質矽;工業上也可用矽石與焦炭在高溫下制金剛砂(SiC),某高純矽煉製廠利用食鹽、石英、水、焦炭為原料製取用作半導體材料的高純矽。

  1.假設根據每步反應建立一個生產車間,該高純矽廠家需要幾個車間

  A.3個 B.4個

  C.5個 D.6個

  2.生產原理中沒有涉及到的反應是

  A.置換反應 B.複分解反應

  C.化合反應 D.電解反應

  3.該廠家不採用石英與焦炭直接制高純矽的主要原因是

  A.產量太低 B.產品中含SiC

  C.產品中含有過量的矽石和焦炭 D.耗能太大

  答案:1.C 2.B 3.B

  4.Al2O32SiO22H2O是

  A.混合物 B.矽酸鹽

  C.兩種氧化物的水化物 D.鋁酸鹽

  解析:矽酸鹽的種類繁多,結構複雜,人們通常用金屬氧化物和二氧化矽的形式來表示組成,如Na2SiO3改寫成Na2OSiO2。解此類題時,先把題目所給氧化物反寫過來則為Al2(Si2O5)(OH)4,為高嶺石,即為矽酸鹽,不是混合物,也不是兩種氧化物的水化物,更不是鋁酸鹽。

  答案:B

  板書設計

  第三節 矽和二氧化矽

  一、矽(Si)

  以化合態存在於自然界;有兩種同素異形體。

  (1)物理性質:熔沸點高、硬度大、半導體。

  (2)化學性質

  常溫下性質穩定

  Si+O2 SiO2

  (3)矽的用途

  (4)矽的製法

  SiO2+2C Si+2CO↑(工業製法)

  二、二氧化矽(SiO2)

  (1)物理性質:堅硬難溶的固體,不溶於水。

  (2)化學性質:不溶於水的酸性氧化物,能與氫氟酸反應。

  (3)用途

  三、矽酸(H2SiO3)

  不溶於水,酸性比碳酸弱

  Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

  H4SiO4====H2SiO3+H2O H2SiO3 SiO2+H2O

  四、矽酸鹽

  矽酸鈉(Na2SiO3) Na2OSiO2 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O

  教學說明

  本節課採用了學生自學、教師引導歸納,並同已學知識相比較的教學方法,目的是為了讓學生更多地參與教學,並在學習的過程中培養學生對知識的歸納、總結和探究的能力。由於在初中已學過有關碳及其化合物的知識,採用對比的學習方法,可以使學生溫故而知新。

  學生在瞭解SiO2的用途時,教師同時引導他們瞭解SiO2粉塵的危害。這可以培養學生在以後的實踐中能辯證地看問題。

  本課時增加了一個有關水玻璃的實驗。一是引起學生學習的興趣;再就是學生會印象深刻;更重要的是消除學生對陳述性知識的乏味感,也希望能對後面矽酸鹽工業的介紹,做一個很好的引子。

  另外,如果授課時間允許,最好能專用一個課時來學習和整理碳及其化合物的有關知識,以使碳族元素的知識更加豐富和條理化。

  [注]碳及其化合物的有關知識可參考備課資料的知識補充部分。

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