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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:
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