高中化学优质教案 硅酸盐和硅单质 教学设计必修9文档格式.docx
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硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,在自然界分布极为广泛。
展示Na2SiO3、玻璃片、水泥、石棉,取一小团石棉、少量水泥于小烧杯中,加入少量的水,搅拌,观察现象。
取少量水泥,加入稀盐酸,观察。
取一玻璃碎片,在酒精灯上灼烧,观察变化。
生:
由上述实验及我们的生活常识可以知道:
硅酸盐结构很复杂,一般不溶于水,性质也很稳定。
做[实验42]
取两片滤纸,分别用蒸馏水和饱和Na2SiO3溶液润湿,之后,同时分别用镊子夹住放在酒精灯的外焰上点燃,观察现象。
干滤纸
用蒸馏水润湿
用Na2SiO3溶液润湿
现象
结论
请同学们结合课本及上述实验,对Na2SiO3的性质及用途加以总结。
(1)Na2SiO3是一种钠盐,易溶于水。
(2)Na2SiO3具有一定的黏性,可作黏合剂。
(3)Na2SiO3可作防火剂。
(4)Na2SiO3俗名水玻璃。
(5)Na2SiO3可作肥皂的填充剂。
展示实验盛放NaOH、Na2SiO3、稀盐酸、稀H2SO4的试剂瓶,请同学们比较其瓶塞的不同。
不同之处是:
NaOH、Na2SiO3溶液的试剂瓶塞是橡皮塞;
而HCl、H2SO4溶液的瓶塞为玻璃塞。
[知识拓展]
NaOH、Na2CO3溶液瓶塞相同,都是橡皮塞而不是玻璃塞。
你能推测可能是什么原因造成的吗?
请讨论。
Na2CO3溶液可能也和玻璃反应;
Na2CO3溶液某方面性质可能与NaOH溶液相似,能与玻璃中的某些成分反应;
Na2CO3溶液可能也与NaOH相似,显很强的碱性,也能与玻璃中的SiO2反应;
NaOH能与玻璃中的SiO2反应,生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液,使瓶塞易被粘住,不易打开。
师(总结):
同学们刚才分析得很好,也很有道理!
现在我们共同来分析一下NaOH、Na2CO3的组成。
它们都是离子化合物,且所含的金属阳离子都相同,因此,不同的性质应该由不同的阴离子所引起,即
的某些方面的性质可能与OH-的某些方面性质相似。
而以后的进一步学习会使我们明白这个道理:
正是由于
在水溶液中产生了大量的OH,使Na2CO3溶液也具有较强的碱性,能和玻璃中的SiO2反应,生成具有一定黏性的Na2SiO3溶液,易把瓶塞粘住,而不易打开。
同理,大家可以进一步分析、探究:
盛K2CO3溶液的试剂瓶塞用的是橡皮塞还是玻璃塞?
生(齐答):
应该是橡皮塞。
展示K2CO3溶液的试剂瓶——真是橡皮塞!
同学们从初中乃至从小学就开始学习英语。
“China”一词大家都知道它的汉语翻译是“中国”,可是,同学们知道它的最根本的含义吗?
我知道!
它的本意指的是“瓷器”。
对!
中华民族是一个勤劳、善良、勇于创造的民族!
中华民族有着五千年光辉、灿烂的文明!
也只有五千年的文化底蕴,才能孕育出中华民族的智慧,才能磨炼出一双双巧夺天工之手!
才能为世人捧出一件件精美绝伦的陶瓷制品!
[多媒体播放]
1.陕西半坡出土的人面鱼纹彩陶盆
2.精美的清代花瓶
请同学们举例说明我们日常生活中有哪些物品是陶瓷制成的?
各有什么优良的性能?
碗、火锅、卫生洁具。
电源开关、贴墙壁的瓷砖。
高压线上挂的瓷环绝缘器。
……
同学们所举的事例,都是传统的硅酸盐陶瓷,它们有很多优良性能,为我们的生活、为人类的科技进步作出了很大的贡献。
受传统陶瓷某些特殊性能的启发,科技工作者在此基础上进行了一次又一次的创新,又研制出了许多种组成不同、性能更特殊的新型陶瓷。
看书,教材P79:
科学视野——新型陶瓷。
无机非金属材料家庭中的重要一员——新型陶瓷。
参考教材P79,另外,指导学生查阅资料补充。
硅酸盐种类繁多,结构也很复杂,为了方便起见,也为了便于同学们理解,通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成:
硅酸盐中的Si元素,以SiO2的形式表示,金属元素如Na、K、Mg、Al、Ca等,以它们常见的氧化物形式表示,H元素以H2O的形式表示。
方法:
(1)找出组成元素
(2)写成氧化物的形式
(3)注意原子守恒
(4)检查有无遗漏
[例题剖析]
(例1)正长石的组成,可表示成KAlSi3Ox,则x=_________,用氧化物的形式表示的组成为_______________。
请同学们先自主分析,求解。
可以讨论。
[实物投影仪展示部分学生练习]
师(总结分析):
根据化合物中各元素的正负化合价代数和必为零,有
1×
(+1)+1×
(+3)+3×
(+4)+x(-2)=0,x=8
按化合价规则可把KAlSi3O8改写成二氧化硅与金属氧化物的形式:
K2O·
Al2O3·
3SiO2或K2O·
6SiO2
(例2)矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。
风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
如钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土〔Al2Si2O5(OH)4〕的反应为:
2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O====2K++
+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4
这个反应能够发生的原因是____________________________________。
由反应方程式可以知道,该反应不是氧化还原反应,是复分解反应。
因此,不能用氧化还原反应的原理去分析解释,只能从复分解反应的规律去寻找答案。
方程式左边有H2CO3,右边生成物有H4SiO4,符合强酸制备弱酸的原理。
很好,此反应可看成酸和盐之间的复分解反应,此反应能够发生的原因是较强的酸生成较弱的酸。
解答:
碳酸酸性比硅酸强。
展示砂纸、砂轮、变压器的硅钢片。
这些都是具有特殊功能的含硅的物质。
生看书:
教材P78~79
[板书]三、硅单质
虽然硅的化合物很多,随处可见,而且从远古时期人类就已经学会加工和使用陶瓷,但是硅的单质却到很晚——18世纪上半叶才制备出来。
硅的制备历史
展示晶体Si及晶体Si的结构模型,引导学生观察并归纳、总结。
(归纳总结)
(1)Si晶体结构为正四面体形。
(2)单质Si有晶体硅和无定形硅两种。
(3)有金属光泽、灰黑色固体。
(4)熔点高(1410℃)、硬度大、质脆。
(5)良好的半导体材料。
(6)有很广泛的用途。
(7)常温下化学性质不活泼。
师(进一步总结、完善):
同学们请把书翻到后面元素周期表。
看一看与Si位于同一横行的左边元素及右边元素各是什么?
由此能否体会出Si的半导体性质?
同一横行中,Si左边的元素为钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al),都是金属元素;
Si右边的元素分别为磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氩(Ar),为非金属元素,Si位于其中间。
金属易导电,而非金属单质一般不易导电。
因此,可以理解Si的导电性介于导体和绝缘体之间,为半导体。
[课堂小结]
本节课我们学习了硅酸盐的重要用途及性质,了解了硅酸钠的特性——耐火。
知道了Si单质的重要用途。
从结构上、从周期表的位置,进一步理解了Si的性质。
21世纪人类所面临的重大问题之一:
能源危机。
而从书上我们了解到Si是极具发展前景的新能源材料。
同学们,随着人们对Si及其化合物的认识越来越深刻,随着科学技术的不断发展,我们有理由相信Si及其化合物会对人类作出更大的贡献,给人类带来更大的惊喜!
(多媒体回放Si及硅酸盐的重要用途)
板书设计
二、硅酸盐
1.定义:
2.用途(记住用途):
3.性质:
4.代表:
Na2SiO3
三、硅单质
1.结构:
2.周期表中位置:
3.用途:
4.性质:
①O2②F2③NaOH④HF(Si的特殊性)
小结:
活动与探究
1.玻璃的形成
有这样一个古老的传说:
有一群波斯商人贩卖一车一车的纯碱(Na2CO3),晚上在大海边上宿营休息。
夜间海边刮起了大风,怎么办?
商人们就想在海边的沙滩上生火取暖。
于是他们就从车上搬下大碱块,用大碱块把火围了起来形成一个一个的大火盆,在篝火边商人们睡着了。
等到天亮,商人们又要赶路了。
当他们想把大碱块搬上车时,眼前的情形让他们惊呆了:
大碱块和沙子熔在了一起,形成了一大块坚硬透明的固体!
这是什么原因造成的?
你能帮助他们解释么?
反应方程式
解释
2.从教材上的一句话“光电池是极有发展前景的新型能源”,请你分析这一句话的含义。
随堂练习
1.下列不属于传统硅酸盐产品的是()
A.玻璃B.水泥C.光导纤维D.陶瓷
答案:
C
2.下列不是水玻璃用途的是()
A.玻璃B.木材防火剂
C.纸板黏胶剂D.建筑装饰材料
A
3.钢筋混凝土强度大,常常用来建造高楼大厦、桥梁涵洞、高速公路等,在现代社会中发挥着举足轻重的作用,下面是钢筋混凝土的主要成分的是()
A.水泥、沙子和钢筋B.水泥、沙子、碎石和钢筋
C.水泥、碎石和沙子D.水泥、沙子、碎石和水
B
4.下列物质的变化,不能通过一步化学反应完成的是()
A.CO2→H2CO3B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O2→Na2CO3D.SiO2→H2SiO3
D
5.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()
A.CO2溶于水形成碳酸,SiO2难溶于水
B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体,通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
6.某无色溶液中加入过量盐酸有沉淀产生,过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生,下列溶液中符合此条件的是()
A.Ag+、Al3+、K+B.
、
、K+
C.Ag+、Cu2+、Na+D.Ag+、Ba2+、Na+
AB
7.下列说法不正确的是()
A.3CaO·
Al2O3是水泥主要成分之一
B.Na2O·
CaO·
6SiO2是普通玻璃的组成
C.玻璃没有固定的熔点
D.欲观察氢气燃烧的火焰颜色,可采用普通玻璃管作燃烧管
8.下列离子方程式,正确的是()
A.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:
Ca2++2OH-+CO2====CaCO3↓+H2O
B.碳酸钠溶液中加入二氧化硅:
+SiO2====
+CO2↑
C.二氧化硅与烧碱溶液反应:
SiO2+2OH-====
+H2O
D.硅酸与烧碱溶液中和:
H2SiO3+2OH-====
+2H2O
CD
9.用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置,足见化学对现代物质文明的重要作用。
例如:
(1)计算机芯片的主要成分是____________。
(2)光导纤维的主要成分是____________。
(3)目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是____________。
(4)用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为_________的化合物。
(1)硅(或Si或单晶硅)
(2)二氧化硅(或SiO2)(3)硅(或Si)
(4)铝硅酸盐(或硅铝酸盐)
10.某学生兴趣小组想利用高岭土(其主要成分是Al2O3·
2SiO2·
2H2O)制作新型净水剂的试验。
试验程序如下:
其中滤液C就是欲求的净水剂。
试回答下列问题:
(1)写出混合物A,滤液C和沉淀D的主要成分:
A:
__________________,C:
__________________,D:
__________________。
(2)写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式________________________。
(3)该试验中,熔融高岭土可以选用的坩埚有____________。
A.玻璃坩埚B.瓷坩埚C.氧化铝坩埚D.铁坩埚
(1)NaAlO2和Na2SiO3AlCl3H2SiO3
(2)Al2O3+Na2CO3
2NaAlO2+CO2↑;
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
(3)D
习题详解
1.答案:
(1)⑧⑩
(2)⑤⑥⑦⑨(3)①②③④
点拨:
①②③④属于硅酸盐产品;
⑤⑦⑨的主要成分是SiO2,⑥中用到SiO2;
用到硅单质的是⑧⑩。
2.答案:
材料
物理性质
化学性质
玻璃
硬度高、耐磨损,耐高温,较脆
化学性质很稳定
陶瓷
硬度高、耐磨损,耐高温
3.答案:
Na2SiO3+H2SO4+H2O====Na2SO4+H4SiO4↓H4SiO4====H2SiO3+H2O
4.答案:
5.答案:
普通玻璃、石英和陶瓷都含有SiO2,可与烧碱发生反应:
SiO2+2NaOH====Na2SiO3
6.略
7.答案:
SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2ONa2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
8.答案:
晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,主要应用于信息技术和光电池等方面。
9.答案:
(1)还原剂
(2)氧化还原反应(化合反应)氧化还原反应(置换反应)还原剂
(3)沙滩上有大量的沙子,其主要成分是SiO2,用C或H2进行还原后得Si单质,可用到计算机等电器上。
(1)在SiO2与C的反应中C的化合价由0变为+2,故C在此反应中作还原剂。
(2)在Si与Cl2的反应中Si的化合价由0升高到+4,而Cl的化合价由0降到-1,故是氧化还原反应,也属化合反应;
在SiCl4与H2的反应中H的化合价由0升到+1,故此氧化还原反应(也属置换反应)中H2是还原剂。
11.答案:
(1)n(Na2O)=
=0.21moln(CaO)=
=0.21mol
n(SiO2)=
=1.255mol
n(Na2O)∶n(CaO)∶n(SiO2)=1∶1∶6
氧化物表示为:
Na2O·
(2)设需纯碱、石灰石和石英的质量分别为x、y、z
Na2CO3~Na2OCaCO3~CaO
1066210056
x·
95%10t×
13%×
31y×
80%10t×
11.7%×
31
x=72.52ty=80.96t
需SiO2:
10t×
75.3%×
31÷
95%=245.72t
答:
需纯碱72.52吨,需石灰石80.96吨,需石英245.72吨。
12.略
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