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无机非金属材料的主角—硅2教学设计

2023-08-02 02:24:57 高考在线

无机非金属材料的主角—硅2教学设计

　　知识与技能：

　　①了解硅酸盐的主要用途和组成。

　　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。

　　过程与方法：

　　通过自主探究，培养学生自主学习的能力

　　情感、态度 学习陶瓷、玻璃和水泥的有关知识，了解中华民族传统文化，

　　与价值观培养学生的爱国主义情感，激发学生学习化学的兴趣。

　　教学重点：硅酸盐的性质和重要用途

　　教学难点：硅的晶体结构

　　教学方法：阅读法和比较法相结合

　　教学准备：多媒体课件

　　教学过程：第一课时【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，秦兵马俑的制造展示了当时制陶规模和高超的动手术与艺术水平。瓷器在东汉晚期发明，到宁朝形成了举世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、“定”、“官”几大名窑，其制品工艺之精湛达到“青如天”、“薄如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。

　　秦兵马俑和古陶器的图片。【板书】三、硅酸盐

　　1、硅酸盐

　　（1）定义：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的复杂化合物的总称。

　　（2）物理性质：一般不溶于水。

　　（3）化学性质：性质稳定，不易和别的物质反应。

　　（4）硅酸盐组成的表示方法：

　　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，则活泼的在前，较不活泼的在后。用氧化物形式表示下列硅酸盐：

　　镁橄榄石[Mg2SiO4] 2MgOSiO2

　　高岭土[Al2(Si2O5)(OH)] Al2O32SiO22H2O

　　正长石[K2Al2Si6O16 ] K2O Al2O36SiO2

　　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。Na2OSiO2

　　2MgOSiO2

　　2、硅酸钠

　　硅酸盐种类很多，大多难溶于水，可溶性硅酸盐，最常见的是Na2SiO3。它的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱。

　　①物理性质：水溶液是一种无色粘稠的液体。

　　②化学性质：

　　Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl Na2SiO3+ H2O+CO2= H2SiO3 + Na2CO3

　　③应用：

　　可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。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。

　　实验4-2：Na2SiO3的防火作用【过渡】从古到今，人类创造性的生产出了几大类硅酸盐产品，它们给人类的生活带来了巨大的变化。

　　3、传统的硅酸盐材料

　　（1）陶瓷

　　①制法：陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成。

　　②分类：陶瓷是陶器和瓷器的统称。陶瓷的种类很多，根据原料、烧制温度等的不同，主要分为土器、陶器、瓷器和炻器等。

　　陶器：用一般的粘土制成形体，干燥后在窑内于1000℃以下的温度下烧结而成的。陶器表面粗糙，有多孔，容易渗水。为了弥补这一缺陷，常于烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑、不渗水。常用陶器有缸、盆、坛。

　　瓷器：是用纯净的粘土加入一定量的石英和长石粉末，制成坯、干燥、上釉，在窑内于1200℃~1400℃的高温下烧结而成的，如瓷壶、瓷杯、瓷碗等。瓷器质地致密，不渗水。

　　炻器：是介于瓷器和陶器之间的一种陶器制品，如沙锅、水瓮等。

　　③特性：陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘好等性质，制作时易加工成型。

　　（2）玻璃

　　①主要原料：石英、碳酸钠、石灰石

　　②生产原理：

　　SiO2 + Na2CO3 =Na2SiO3 + CO2 SiO2 +CaCO3=CaSiO3 + CO2

　　③特性：玻璃通常为表面光滑、致密、硬而脆的固体。

　　在高温时逐渐软化甚至变为液体。高温熔融的液态玻璃能抽成细丝。有的玻璃为无色，有的玻璃有蓝色、绿色或棕色等。无色玻璃透光性好，有色玻璃透光性差。一般玻璃不导电，导热性也很弱。

　　（3）水泥

　　①主要原料：粘土、石灰石；辅料：石膏

　　②普通水泥主要成分：

　　硅酸三钙（3CaOSiO2） 、硅酸二钙 （2CaOSiO2）、铝酸三钙 （3CaOAl2O3）

　　③特性：水泥有水硬性。

　　水硬性是细粉状水泥遇水后变为坚硬、块状固体的性质。与水泥的水硬性相对应的变化叫做水泥的硬化。石膏能延缓水泥的硬化速率。

　　4、新型硅酸盐材料——具有特殊功能的含硅材料

　　（1）碳化硅：

　　具有金刚石的结构，硬度很大，可以用作砂轮、砂纸的磨料。

　　（2）硅钢：

　　含4%硅的硅钢，具有高导磁性——变压器铁芯。

　　（3）硅橡胶：

　　人工合成的硅橡胶，在高温或低温下都能保持良好的弹性——制造火箭、导弹、飞机的零件；绝缘材料。

　　（4）分子筛：

　　人工制造的分子筛，具有均匀微孔结构，主要用作吸附剂和催化剂。【科学视野】学生自己阅读科学视野，了解新型陶瓷和土壤胶体。

　　（5）新型陶瓷：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

　　5、土壤胶体： 胶体颗粒表面积大，带负电，有保肥作用。【过渡】硅在地壳中的含量为27.72%，仅次于氧居第二位，所以硅的化合物随处可见。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。

　　四、硅单质

　　1、硅单质的分类：硅单质分为无定形硅和晶体硅两类。

　　2、晶体硅的性质

　　（1）结构：类似金刚石

　　（2）物理性质：灰黑色固体，有金属光泽；熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，是信息技术的关键材料。

　　（3）化学性质：常温下化学性质、不活泼

　　①硅和氧气反应：Ｓi＋Ｏ2 ＳiＯ2

　　②硅和强碱反应：Ｓi＋2ＮaＯＨ＋Ｈ2Ｏ＝Ｎa2ＳiＯ3＋２Ｈ2

　　3、制法： 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，经分馏提纯用氢气还原即可得纯硅。

　　2C+SiO2 Si+2CO↑ Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si↓+4HCl

　　4、用途：良好的半导体材料——计算机芯片、光电池（太阳能电池）。

　　〖板书设计〗二、硅酸盐

　　1、硅酸盐概述；

　　2、硅酸钠；

　　3、传统的硅酸盐材料

　　4、新型硅酸盐材料——具有特殊功能的含硅材料

　　三、硅单质

　　1、硅单质的分类：分为无定形硅和晶体硅两类。

　　2、晶体硅的性质；

　　3、制法：

　　4、用途：