無機非金屬材料的主角—硅2教學設計
知識與技能:
①瞭解硅酸鹽的主要用途和組成。
②瞭解硅的物理性質和重要用途。
③掌握硅酸鈉的化學性質。
過程與方法:
通過自主探究,培養學生自主學習的能力
情感、態度 學習陶瓷、玻璃和水泥的有關知識,瞭解中華民族傳統文化,
與價值觀培養學生的愛國主義情感,激發學生學習化學的興趣。
教學重點:硅酸鹽的性質和重要用途
教學難點:硅的晶體結構
教學方法:閲讀法和比較法相結合
教學準備:多媒體課件
教學過程:第一課時【引言】中國譽稱“瓷國”。陶瓷是我中華民族一項最偉大的創造,具有悠久而輝煌的歷史。原始陶器大約是1萬年前出現在中國。“陶”作為歷史上第一種人造材料成為人類擺脱矇昧的時代標誌,秦兵馬俑的製造展示了當時製陶規模和高超的動手術與藝術水平。瓷器在東漢晚期發明,到寧朝形成了舉世聞名的“柴”、“汝”、“哥”、“鈞”、“定”、“官”幾大名窯,其製品工藝之精湛達到“青如天”、“薄如紙”、“聲如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。
秦兵馬俑和古陶器的圖片。【板書】三、硅酸鹽
1、硅酸鹽
(1)定義:硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的複雜化合物的總稱。
(2)物理性質:一般不溶於水。
(3)化學性質:性質穩定,不易和別的物質反應。
(4)硅酸鹽組成的.表示方法:
硅酸鹽種類繁多,結構複雜,為了方便記憶和計算,常用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成。書寫順序為:金屬氧化物、二氧化硅、水。若有兩種金屬氧化,則活潑的在前,較不活潑的在後。用氧化物形式表示下列硅酸鹽:
鎂橄欖石[Mg2SiO4] 2MgOSiO2
高嶺土[Al2(Si2O5)(OH)] Al2O32SiO22H2O
正長石[K2Al2Si6O16 ] K2O Al2O36SiO2
請用氧化物的形式表示硅酸鈉[Na2SiO3]、鎂橄欖石[Mg2SiO4]、高嶺土[Al2(Si2O5)(OH)4]的組成,一學生寫在投影片上。Na2OSiO2
2MgOSiO2
2、硅酸鈉
硅酸鹽種類很多,大多難溶於水,可溶性硅酸鹽,最常見的是Na2SiO3。它的水溶液俗稱水玻璃,又稱泡花鹼。
①物理性質:水溶液是一種無色粘稠的液體。
②化學性質:
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl Na2SiO3+ H2O+CO2= H2SiO3 + Na2CO3
③應用:
可做肥皂填料、木材防火劑及黏膠劑。實驗室裏用於制H2SiO3,工業上可製成硅酸凝膠,處理後就得硅膠,硅膠是一種很好的乾燥劑和催化劑載體。
實驗4-2:Na2SiO3的防火作用【過渡】從古到今,人類創造性的生產出了幾大類硅酸鹽產品,它們給人類的生活帶來了巨大的變化。
3、傳統的硅酸鹽材料
(1)陶瓷
①製法:陶瓷是以黏土為原料,經高温燒結而成。
②分類:陶瓷是陶器和瓷器的統稱。陶瓷的種類很多,根據原料、燒製温度等的不同,主要分為土器、陶器、瓷器和炻器等。
陶器:用一般的粘土製成形體,乾燥後在窯內於1000℃以下的温度下燒結而成的。陶器表面粗糙,有多孔,容易滲水。為了彌補這一缺陷,常於燒製前在坯體表面塗上一層釉,使成品光滑、不滲水。常用陶器有缸、盆、壇。
瓷器:是用純淨的粘土加入一定量的石英和長石粉末,製成坯、乾燥、上釉,在窯內於1200℃~1400℃的高温下燒結而成的,如瓷壺、瓷杯、瓷碗等。瓷器質地緻密,不滲水。
炻器:是介於瓷器和陶器之間的一種陶器製品,如沙鍋、水甕等。
③特性:陶瓷具有抗氧化、抗酸鹼腐蝕、耐高温、絕緣好等性質,製作時易加工成型。
(2)玻璃
①主要原料:石英、碳酸鈉、石灰石
②生產原理:
SiO2 + Na2CO3 =Na2SiO3 + CO2 SiO2 +CaCO3=CaSiO3 + CO2
③特性:玻璃通常為表面光滑、緻密、硬而脆的固體。
在高温時逐漸軟化甚至變為液體。高温熔融的液態玻璃能抽成細絲。有的玻璃為無色,有的玻璃有藍色、綠色或棕色等。無色玻璃透光性好,有色玻璃透光性差。一般玻璃不導電,導熱性也很弱。
(3)水泥
①主要原料:粘土、石灰石;輔料:石膏
②普通水泥主要成分:
硅酸三鈣(3CaOSiO2) 、硅酸二鈣 (2CaOSiO2)、鋁酸三鈣 (3CaOAl2O3)
③特性:水泥有水硬性。
水硬性是細粉狀水泥遇水後變為堅硬、塊狀固體的性質。與水泥的水硬性相對應的變化叫做水泥的硬化。石膏能延緩水泥的硬化速率。
4、新型硅酸鹽材料——具有特殊功能的含硅材料
(1)碳化硅:
具有金剛石的結構,硬度很大,可以用作砂輪、砂紙的磨料。
(2)硅鋼:
含4%硅的硅鋼,具有高導磁性——變壓器鐵芯。
(3)硅橡膠:
人工合成的硅橡膠,在高温或低温下都能保持良好的彈性——製造火箭、導彈、飛機的零件;絕緣材料。
(4)分子篩:
人工製造的分子篩,具有均勻微孔結構,主要用作吸附劑和催化劑。【科學視野】學生自己閲讀科學視野,瞭解新型陶瓷和土壤膠體。
(5)新型陶瓷:高温結構陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導陶瓷。
5、土壤膠體: 膠體顆粒表面積大,帶負電,有保肥作用。【過渡】硅在地殼中的含量為27.72%,僅次於氧居第二位,所以硅的化合物隨處可見。人類雖然在一萬年前製出了陶器,五千年前古埃及人發明了玻璃。而人類真正認識硅元素是在1823年由瑞典化學家貝採利烏斯用金屬鉀還原四氟化硅時獲得單質硅的。
四、硅單質
1、硅單質的分類:硅單質分為無定形硅和晶體硅兩類。
2、晶體硅的性質
(1)結構:類似金剛石
(2)物理性質:灰黑色固體,有金屬光澤;熔點高、硬度大、有脆性,導電性介於導體和絕緣體之間,是重要的半導體材料,是信息技術的關鍵材料。
(3)化學性質:常温下化學性質、不活潑
①硅和氧氣反應:Si+O2 SiO2
②硅和強鹼反應:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2
3、製法: 用適量碳還原二氧化硅得到粗硅。將粗硅與氯氣在高温下反應,得液態不純的四氯化硅,經分餾提純用氫氣還原即可得純硅。
2C+SiO2 Si+2CO↑ Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si↓+4HCl
4、用途:良好的半導體材料——計算機芯片、光電池(太陽能電池)。
〖板書設計〗二、硅酸鹽
1、硅酸鹽概述;
2、硅酸鈉;
3、傳統的硅酸鹽材料
4、新型硅酸鹽材料——具有特殊功能的含硅材料
三、硅單質
1、硅單質的分類:分為無定形硅和晶體硅兩類。
2、晶體硅的性質;
3、製法:
4、用途:
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