無機非金屬材料的主角—矽2教學設計

無機非金屬材料的主角—矽2教學設計

　　知識與技能：

　　①瞭解矽酸鹽的主要用途和組成。

　　②瞭解矽的物理性質和重要用途。

　　③掌握矽酸鈉的化學性質。

　　過程與方法：

　　透過自主探究，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：矽酸鹽的性質和重要用途

　　教學難點：矽的晶體結構

　　教學方法：閱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脫矇昧的時代標誌，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。而陶瓷主要含矽元素。

　　秦兵馬俑和古陶器的圖片。【板書】三、矽酸鹽

　　1、矽酸鹽

　　（1）定義：矽酸鹽是由矽、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）矽酸鹽組成的表示方法：

　　矽酸鹽種類繁多，結構複雜，為了方便記憶和計算，常用氧化物的形式表示矽酸鹽的組成。書寫順序為：金屬氧化物、二氧化矽、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矽酸鹽：

　　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矽酸鈉[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、矽酸鈉

　　矽酸鹽種類很多，大多難溶於水，可溶性矽酸鹽，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。實驗室裡用於制H2SiO3，工業上可製成矽酸凝膠，處理後就得矽膠，矽膠是一種很好的.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矽酸鹽產品，它們給人類的生活帶來了巨大的變化。

　　3、傳統的矽酸鹽材料

　　（1）陶瓷

　　①製法：陶瓷是以黏土為原料，經高溫燒結而成。

　　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、燒製溫度等的不同，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℃以下的溫度下燒結而成的。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℃的高溫下燒結而成的，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、耐高溫、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。

　　在高溫時逐漸軟化甚至變為液體。高溫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：

　　矽酸三鈣（3CaOSiO2） 、矽酸二鈣 （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、新型矽酸鹽材料——具有特殊功能的含矽材料

　　（1）碳化矽：

　　具有金剛石的結構，硬度很大，可以用作砂輪、砂紙的磨料。

　　（2）矽鋼：

　　含4%矽的矽鋼，具有高導磁性——變壓器鐵芯。

　　（3）矽橡膠：

　　人工合成的矽橡膠，在高溫或低溫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】學生自己閱讀科學視野，瞭解新型陶瓷和土壤膠體。

　　（5）新型陶瓷：高溫結構陶瓷、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】矽在地殼中的含量為27.72%，僅次於氧居第二位，所以矽的化合物隨處可見。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。而人類真正認識矽元素是在1823年由瑞典化學家貝採利烏斯用金屬鉀還原四氟化矽時獲得單質矽的。

　　四、矽單質

　　1、矽單質的分類：矽單質分為無定形矽和晶體矽兩類。

　　2、晶體矽的性質

　　（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，是資訊科技的關鍵材料。

　　（3）化學性質：常溫下化學性質、不活潑

　　①矽和氧氣反應：Ｓi＋Ｏ2 ＳiＯ2

　　②矽和強鹼反應：Ｓi＋2ＮaＯＨ＋Ｈ2Ｏ＝Ｎa2ＳiＯ3＋２Ｈ2

　　3、製法： 用適量碳還原二氧化矽得到粗矽。將粗矽與氯氣在高溫下反應，得液態不純的四氯化矽，經分餾提純用氫氣還原即可得純矽。

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

　　4、用途：良好的半導體材料——計算機晶片、光電池（太陽能電池）。

　　〖板書設計〗二、矽酸鹽

　　1、矽酸鹽概述；

　　2、矽酸鈉；

　　3、傳統的矽酸鹽材料

　　4、新型矽酸鹽材料——具有特殊功能的含矽材料

　　三、矽單質

　　1、矽單質的分類：分為無定形矽和晶體矽兩類。

　　2、晶體矽的性質；

　　3、製法：

　　4、用途：