第4章第1节 无机非金属材料的主角——硅 第1课时

第四章 非金属及其化合物单元规划 本章主要讨论硅、氯、硫和氮等典型非金属元素及其重要化合物的性质，安排在第三章“金属及其化合物”之后，是常见无机物及其性质等知识的继续。这些内容既是学生今后继续学习化学的基础，也是在生活中经常要接触、需要了解和应用的化学常识。 第一节：硅及其化合物，安排在第一节，突出了硅是一种新材料的作用。通过本节学习，有利于培养学生关心社会、热爱生活的习惯。 第二节：氯一种重要的非金属。不仅与人类生产、生活联系密切，而且在化学教学中的地位更是举足轻重。 第三节：硫、氮的氧化物，第四节：氨、硝酸、硫酸更是打破了原来的知识体系，突出了科学的分类方法，加强了环保教学。有利于培养学生的社会责任感。 本章具有巩固离子反应、氧化还原反应等基本知识的作用。在第三章的基础上，进一步介绍元素化合物知识和研究方法，为元素族概念的形成、元素性质的递变规律、元素周期表的形成积累感性材料，是学生认识元素周期律、元素周期表知识的重要基础。 本章在选材上着眼于这几种元素的单质及其重要化合物的主要性质，在知识安排上尽量使知识和用途相结合，理论和实际相结合，利用辩证的观点理解事物的两面性，从而使学生认识到常见无机物在生活和生产中的应用，以及与人类和环境的辩证关系。这是新教材与旧教材一点重要区别，更是新课程、新课标理念的重要体现。例如，二氧化硅与硅酸盐产品的应用及其发展，氯气的性质与应用及其可能存在的问题，氨、硝酸和硫酸的性质及广泛用途，酸雨的形成等。这些内容不仅增强了学生的学习兴趣，而且培养了学生的科学态度和辩证唯物主义世界观。另外，通过科学史话“氯气的发现和确认”的学习，不仅使学生了解到科学家严谨、求实的科学态度，而且还让学生在学习的过程中体会到科学发明的艰辛。有利于培养学生勇于探索、勇于实践、勇于创新的精神，更有利于对学生进行思想品德教育。这也是新课程、新课标理念的重要体现。科学视野“新型陶瓷”“信使分子NO”等让学生了解最新的科研成果，可以激发学生对学习化学的兴趣，有助于培养学生理论联系实际的能力。有利于培养学生的社会责任感。 教学时，要引导学生充分利用已有的知识学习新知识，努力做到温故知新。在第二章中学生对分类方法已有所了解，本章选取几种典型的非金属元素，它们与离子反应、氧化还原反应联系密切，教学时最好从离子反应、氧化还原反应等不同角度来理解和认识所涉及的化学反应，从新反应的角度巩固氧化还原反应的有关概念。使学生在第一章学到的分类方法，应用到氧化还原反应的分类中去，并能初步了解氧化还原反应的重要性。 非金属及其化合物知识受课时所限，不可能像过去那样分章详细介绍，只能相对集中，因此在设计教科书结构时，对教学内容进行了精选和整合。为了使学生对非金属及其化合物有一个整体的了解，本章对代表性元素各有侧重地选择有重要价值的单质及其化合物让学生学习、研究。在编排顺序上，将存在和用途十分广泛的元素硅及其化合物、典型的非金属元素氯及其化合物分节编写，并想方设法在节的标题上都尽可能地突出其重要性，例如：1.无机非金属材料的主角硅;2.富集在海水中的元素氯。首先使学生在感官上受到强烈的刺激,留下深刻的第一印象。使学生了解到该节元素及其化合物的重要性质或存在或用途。将与当代环境关系十分密切的硫和氮的氧化物、用途广泛的两种酸硫酸和硝酸以及氨分别合节编写，有分有合，突出重点，加强联系和对比。从知识的编排上就给学生提供了培养归纳能力、比较能力的平台。把两种重要的酸硫酸和硝酸放在一起学习，有利于学生从新的角度掌握知识，有利于培养学生的能力，有利于教学中突出重点、突破难点。 增强学习的探究性、亲历性和体验性。元素化合物的性质来自观察、实验和经验，是新教材的又一大亮点。本章通过多处“实验”“思考与交流”“学与问”“实践活动”“科学探究”以及习题等的设计，大大增加学生活动，学生的学习自主性得到了更多体现，真正体现了以学生为主体的新课程观。例如，第三节中“用水吸收二氧化氮”的科学探究，让学生通过实验现象的观察与分析，感受过程的变化，寻找变化的原因，感悟对工业上生产硝酸的启迪，从中体验探究的乐趣，学会探究的方法。 注重化学知识与科学精神、人文精神的渗透与融合。本章所涉及的单质和化合物与社会、生活、健康、环境的关系十分密切，教科书在这方面有比较充分的体现。但与以往教科书明显不同的是，不过分强调知识的逻辑顺序，在注意知识内在逻辑的同时，突出了知识与社会、生活、健康、环境的联系，并将科学精神和人文精神融合其中。化学科学技术与人类的关系从来没有像现在这样密切和严峻：化学对人类文明作出了巨大贡献，而人们对化学的误解却越来越深，与化学的关系越来越疏远“化肥越施越多，食品越来越难吃，空气越来越脏，水越来越臭”。这一切的一切，好像都归罪于化学。化学及化学工作者受到了前所未有的挑战!作为基础科学教育课程的化学必须面对这一现实，化学工作者，尤其是广大的化学教师，更要勇于挑战，要肩负起时代的重任，用科学的态度来看待化学的功与过，用科学的方法去解决存在的问题。这也是新教材的主旨之一：培养学生的社会责任感!本章在介绍几种典型的非金属元素的单质及其重要化合物的主要性质与应用时，不回避某些物质可能对环境、健康等带来的负面影响，并指出化学在解决这些问题时可能的方向和作用，这有助于培养学生的辩证唯物主义的态度和价值观。 结构决定性质，性质决定用途，性质决定物质的制备方法。教材在编排时仍然紧紧抓住这条线索，使学生在掌握氯气及重要的氯化物的性质时，初步形成对元素化合物知识学习的一般方法。为今后的元素及其化合物的学习打下坚实的基础。与以前的旧教材相比，新教材非常注重对物质的重要用途的介绍，体现了学以致用的原则。在教学时，教师也要时刻牢记这条主线。要教给学生以方法，真正做到“授人以鱼，不如授人以渔”，使新教材的时代功用发挥得更突出、更明显，使新教材更具有吸引力和时代感，而且更有利于激发学生学习化学的兴趣，更有利于培养学生的求知欲与探究、创新精神。教学重点 氯、氮、硫、硅等非金属单质及其化合物的化学性质。教学难点 通过对几种典型非金属性质的学习，初步了解非金属的通性，并形成分析问题、归纳问题的能力。通过基本实验，培养学生的实验能力。课时安排 第1节 无机非金属材料的主角硅 2课时 第2节 富集在海水中的元素氯 2课时 第3节 硫和氮的氧化物 3课时 第4节 氨 硝酸 硫酸 3课时 复习课 2课时第一节 无机非金属材料的主角硅整体设计从容说课 硅是一种重要的非金属元素，在地壳中含量丰富，仅次于氧，含量为26.3%。而且，硅的氧化物及硅酸盐是构成我们赖以生存的地球岩石的主要成分。同时，由于硅酸盐及其化合物广泛的用途及诱人的发展前景，所以，把硅放在本章的第一节来介绍、学习。新教材对本章的编排也与旧教材有很大的不同：1.顺序不同。 新教材是按二氧化硅和硅酸硅酸盐 硅单质编排的，而旧教材是按单质、化合物、性质、用途的顺序编排的。 之所以如此安排是力求体现新课改的精神：培养学生的科学素养，培养学生的探究能力。因为，在自然界二氧化硅（沙子的主要成分）大量存在，它与人们的生产、生活联系密切。学生对其用途、性质有一定的了解，学生从已有的用途入手，很容易想到：二氧化硅有这样的用途，那么，它的性质怎样？这样，就自然而然地引起了学生的兴趣，激发了学生的求知欲，减少了学习上的障碍。2.要求不同。 新教材从用途入手学习重要的性质，注重培养能力，使学生在主动参与中学习知识，在主动探究中学习知识。而旧教材过于强调知识的灌输，忽略了能力的培养。本节抓住重点化学性质而不是面面俱到，这样，节省了时间，有利于学生掌握更多的知识，有利于扩大知识面，最终达到提高科学素养的目的。具体建议：1.从用途入手，掌握二氧化硅、硅酸盐的化学性质。 通过引导学生联系实际，了解用途，通过观察图片，增强感性认识，为进一步学习打下基础。2.采用对比的方法学习。 教学时，建议把CO2和SiO2进行比较，通过复习CO2的性质，温故知新，学习SiO2的性质。同时，也可以把CaCO3和CaSiO3，硅酸和碳酸，C和Si进行比较。3.做好演示实验，增强感性认识。 实验是学习化学的重要手段，不仅有利于学生掌握知识，更有利于培养能力。要做好教材中的两个实验，引导学生观察思考，也可以根据实际情况设计探究实验，培养探究能力。例如：可以让学生设计实验证明硅酸的酸性比碳酸弱。 另外，还可以根据“科学视野”指导学生查阅资料，了解传统的硅酸盐材料与新材料的联系与区别，培养学生主动学习的意识。本节教学重点：二氧化硅的用途、性质。本节教学难点：二氧化硅的晶体结构、硅酸盐的多样性。课时安排：2课时第1课时教学设计三维目标知识与技能1.了解硅在自然界中的含量、存在、用途。2.了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质。3.了解硅的基本性质。4.初步培养学生自主查阅资料的能力。5.使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能。过程与方法1.自主学习，培养学生自学能力。2.活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。情感、态度与价值观1.培养学生学习元素化合物的正确方法：结构决定性质、性质决定用途。2.通过对硅及其用途的学习使学生热爱自然，热爱化学。教学重点 二氧化硅的用途、性质，硅酸的性质教学难点 二氧化硅的性质、结构教具准备 多媒体、投影仪、水晶石、一段光缆、试管、烧杯、胶头滴管、启普发生器、NaOH溶液、Na2SiO3溶液、HCl、H2SO4溶液教学过程 导入新课（多媒体播放幻灯片）1.锦绣中华巍巍昆仑山 气势磅礴的东岳泰山 奇峰峻岭的黄山2.广袤的土地塔克拉玛干大沙漠 美丽的长江三角洲 师：我们生存的地球，她坚硬的地壳是由什么构成的？岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。（多媒体投出课题：无机非金属材料的主角硅） 师：从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都扮演着主要的角色。多媒体播放幻灯片中国古代的瓷器推进新课 师：硅的原子结构示意图为： 硅与碳原子结构相似，在反应中，硅既不容易失去电子，也不容易得到电子，主要形成四价的共价化合物。 师：硅在自然界中主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在，最常见的沙子中，就含有硅的氧化物SiO2。板书一、二氧化硅和硅酸 师：请同学们思考：在自然界中有大量游离态的碳，但却没有硅，这说明了什么？（多媒体投影资料长片 SiO2、CO2的稳定性比较）板书1.二氧化硅（SiO2） 生：看书，了解SiO2的俗名、在地壳中的含量。活动与探究思考：C、Si原子结构相似，形成的氧化物CO2、SiO2性质却有很大的差别，请思考，这主要是什么原因构成的？ 生：CO2是气体，SiO2是固体。C、Si原子结构有相似之处，最外层都只有4个电子，但形成的氧化物性质却不同，可能是Si、C的结构不同造成的。可能是SiO2、CO2的结构不同。（多媒体动画SiO4的正四面体结构）知识拓展（多媒体动画“干冰”的空间结构示意图） 师：SiO2与CO2的性质有明显差别，其根本原因在于它们的空间结构不同。 师：展示水晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆。 师：水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2在工业上用途也非常广泛，例如：以石英为材料而制成的光导纤维在电信行业的应用等。（多媒体播放幻灯片SiO2的用途） 师：结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2的知识，请同学们思考：SiO2的物理性质有哪些，化学性质有哪些，并注意与CO2作比较。二氧化硅二氧化碳化学式物理性质化学性质可能的解释 师：常识告诉我们SiO2难溶于水，熔点很高，化学性质也很稳定。现在让我们通过实验来证明。活动与探究SiO2分别与盐酸、H2SO4、HNO3、HF（氢氟酸）反应现象、方程式结 论SiO2HClH2SO4HNO3HF 师：HF是唯一可以与SiO2反应的酸。板书SiO2+4HF=SiF4+2H2O 师：一般玻璃都是光滑、透明的，但是，同学们也常见到一些玻璃制品,如玻璃镜、门窗等画有许许多多美丽的图案，这些图案是怎么“绘上”去的呢？就是利用氢氟酸和SiO2反应的原理。 师：已知SiO2是酸性氧化物，结合初中的知识，请同学们说出SiO2还可能具有哪些性质？讨论： 生：与碱反应。与碱性氧化物反应。 师：请分别写出CO2、SiO2与H2O、CaO、Na2O、Ca（OH）2 、NaOH反应的化学方程式。 生：CO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3CO2+H2O=H2CO3SiO2+Na2O=Na2SiO3SiO2+CaO=CaSiO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+Ca（OH）2=CaSiO3+H2OSiO2+H2O不反应 师：SiO2具有酸性氧化物的通性，与碱反应生成盐和水。例题剖析（例1）玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是( )A.烧碱 B.纯碱 C.氢氟酸 D.盐酸 师：请同学们思考，并解释其原因。 生：选AC，因为，烧碱和氢氟酸都能与玻璃中的二氧化硅反应；选C，因为，烧碱和二氧化硅反应需要加热，所以，只选C而不选A。师（总结）：正确的答案应该为C。因为，在常温下，虽然烧碱和二氧化硅能反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，但该反应的速率很慢，不适于进行玻璃加工。氢氟酸（HF）能和SiO2发生反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O，利用这个反应可以进行玻璃雕花。解答：C板书2.硅酸 师：SiO2难溶于H2O，其对应的水化物叫硅酸，硅酸也难溶于水。在实验室里用可溶性的硅酸盐与其他酸反应而制得。活动与探究 把稀盐酸滴加到Na2SiO3溶液中，可能发生什么现象？该反应的原理是什么？ 生：分组做实验41，并完成下表现象结论反应方程式反应原理 知识拓展把稀H2SO4加入到Na2SiO3溶液中，又会产生什么现象？现象结论反应方程式反应原理 活动与探究1.把CO2通入Na2SiO3溶液中，会发生什么现象？ 师：打开一袋装食品，取出里面一小包展示给同学们看，并问：这是什么？ 生：保鲜剂 干燥剂 师：干燥剂。有的是生石灰，有的是“硅胶”，什么是“硅胶”呢？请看书P76。例题剖析（例2）CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是( )A.氯化钙溶液 B.石灰水 C.饱和碳酸钠溶液 D.硅酸钠溶液 师：请一个同学回答并简要解释其原因。 生：选A。CaCl2+CO2 +H2O不反应，B中通入CO2产生CaCO3沉淀，C中会产生NaHCO3沉淀，D中会析出硅酸沉淀。师（总结）：分析得很好。解答：A知识拓展 如果把上题改成“足量的CO2通入下列各溶液中，可能产生沉淀的是”则又选什么？ 生：选CD。师（总结）：解题时，要注意审题，要能够举一反三。答案：CD（例3）下列氧化物按其形成的含氧酸酸性递增顺序排列的是( )A.SiO2CO2SO3P2O5 B.SiO2CO2P2O5SO3C.CO2SiO2P2O5SO3 D.CO2P2O5SO3SiO2 师：还是请同学们先分析。 生：几种酸性氧化物所形成的酸分别为：H2SiO3、H2CO3、H3PO4、H2SO4。其中，硫酸为强酸，磷酸为中强酸，碳酸、硅酸为弱酸。但是，硅酸的酸性最弱，所以，应该选B。 师：正确。解答：B课堂小结 本节课我们学习了一种重要的非金属元素硅及其化合物二氧化硅和硅酸，了解了SiO2的重要性质及用途。知道了晶莹透明的水晶、五彩斑斓的玛瑙与普通沙子的化学成分并没有什么两样。知道了SiO2在当前信息时代、IT产业中的重要作用。化学知识可以帮助我们认识、了解世界，我们也可以用学过的化学知识进行发明、创造，造福人类。板书设计第一节 无机非金属材料的主角硅第1课时一、二氧化硅和硅酸1.SiO2（1）SiO2的存在：（2）SiO2的结构：（3）SiO2用途：（4）SiO2的性质物理性质：化学性质：2.硅酸(1)性质：NaOH，加热（2）用途：3.小结：SiO2的性质、SiO2的用途活动与探究 1.用本节课所学的知识，在一玻璃片上用氢氟酸雕刻出美丽的图案，图案自行设计。（提示：可以先在一玻璃片上涂上一层石蜡，然后画出图案，把氢氟酸滴在图案上，过一段时间，去掉石蜡，观察）2.上网查找资料：SiO2的用途。3.利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，完成一份实验报告。附：实验报告示例实验名称_日期_天气_实验目的实验原理实验仪器及药品实验步骤实验现象解释、化学方程式1234随堂练习1.下列物质中主要成分不是二氧化硅的是( )A.硅胶 B.水晶 C.玛瑙 D.硅石答案:A2.可以用来制取半导体材料（如大规模集成电路）的是（ ）A.二氧化硅 B.粗硅 C.高纯硅 D.硅酸盐答案:C3.NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在（ ）A.具有玻璃塞的细口瓶中 B.具有玻璃塞的广口瓶中C.带滴管的滴瓶中 D.具有橡胶塞的细口瓶中答案:D4.二氧化硅属于酸性氧化物，理由是( )A.Si是非金属元素 B.SiO2对应的水化物是可溶性弱酸C.SiO2与强碱反应生成盐和水 D.SiO2不能与酸反应 答案:C5.下列物质中，能够与NaOH溶液反应的是（ ）A.碳酸钠 B硅酸钠 C.二氧化硅 D.氢氧化铝答案:CD6.在SiO2+3CSiC+2CO反应中，氧化剂和还原剂的质量比为（ ）A.3630 B.6036 C.21 D.12答案:D7.现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验（每一步试剂均过量），由此可以推知硬铝的组成为（ ）A.Al、Cu、Mg、Si、Mn B.Al、Mg、Si、ZnC.Al、Fe、C、Cu D.Al、Si、Zn、Na答案:A8.用多种方法鉴别Na2CO3和SiO2两种白色粉末物质(注：能够写化学方程式的写出化学反应方程式；鉴别方法可以不用填满，若序号不够也可以自己再添)。_。_。_。答案:焰色反应法：焰色反应为黄色的是Na2CO3，余者为SiO2酸液产气法：分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，能够产生气体的是Na2CO3,不反应的是SiO2。化学方程式：Na2CO32HCl=2NaClH2OCO29.为了测定人体新陈代谢呼出气体中CO2的体积分数，某学生课外小组设计了如下图的实验装置。实验中用过量NaOH溶液吸收气体中的CO2，准确测量瓶中溶液吸收CO2后的增重及剩余气体的体积（实验时只用嘴吸气和呼气）,请填空。(1)图中瓶的作用是_。(2)对实验装置尚有如下四种建议，你认为合理的是_。（填代号）A.在E处增加CaCl2干燥管 B.在F处增加CaCl2干燥管C.在E和F两处增加CaCl2干燥管 D.不必增加干燥管(3)将插入溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（图中的），有利于提高实验的准确度,其理由是_。(4)实验时先缓缓吸气，再缓缓呼气,反复若干次，得如下数据:瓶溶液增重a g,收集到的气体体积（标准状况）为b L,该呼出气体中CO2的体积分数是（列出算式）_。(5)实验中若猛吸猛呼，会造成不安全后果，猛吸时会_。猛呼时会_。答案:（1）除去吸入空气中的CO2（2）D（3）可增大气体与溶液的接触面积，使气体中的CO2被充分吸收（4）100%(5)把瓶中的NaOH溶液吸入口中 把瓶中的NaOH溶液吹出瓶外9