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2019-2020年高一化學《 碳族元素》教案 ●教學目標 1.使學生了解碳族元素的性質及其規(guī)律 2.使學生進一步了解運用元素周期律知識學習同族元素性質及其遞變規(guī)律的方法，并運用 這些知識學習碳族元素及其化合物的知識。 3.培養(yǎng)學生的總結、思考、判斷能力。 ●教學重點 碳族元素遞變規(guī)律 硅和二氧化硅的化學性質 ●教學難點 以碳族元素知識為載體，培養(yǎng)學生歸納、運用、遷移知識的能力。 ●課時安排 2課時 ●教學方法 引導、探究、自學、對比、練習 ●教具準備 投影儀 炭塊、有劃痕的罐頭瓶蓋、鑷子、兩條干燥的布條或線繩(其中一條在硅酸鈉溶液中預先浸 過)、酒精燈、火柴 [教學過程] 第一課時 ［引言］請大家看課本彩圖中的硅單質照片。 ［師］別看它看起來灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。大到高科技領域，小到我們的周圍，到處都有硅及其化合物的蹤影。當今電子工業(yè)的飛速發(fā)展，更是與人們對硅的性質的認識息息相關。本章，我們就來學習硅及硅酸鹽工業(yè)，同時了解幾種新型無機非金屬材料。 ［板書］第七章 硅和硅酸鹽工業(yè) ［師］(用鑷子取一塊炭展示給學生) 它和硅是兄弟關系，它就是我們初中學過的炭！ 請大家寫出碳和硅的原子結構示意圖，并說明它們的異同。 ［學生活動后回答］碳和硅的原子序數(shù)不同，電子層數(shù)不同，但最外層電子數(shù)相同。 ［師］說出它們在周期表中的位置。 ［生］碳位于第二周期第ⅣA族，硅位于第三周期第ⅣA族。 ［師］也即它們在元素周期表中的關系是不同周期、同主族。 ［問］那么，與碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序數(shù)分別是多少呢？請大家根據(jù)各周期元素的種類數(shù)進行推斷。 ［學生推測后回答］ 它們的原子序數(shù)分別是：32 50 82。 ［師］很正確。查一下元素周期表，默寫它們的元素符號，并叫出它們的名稱。 ［生］它們分別是鍺、錫、鉛。 ［問］把它們編制在同一主族的依據(jù)是什么？ ［生］因為它們的最外層電子數(shù)都是4。 ［師］很好。由于硅、鍺、錫、鉛都位于周期表的第ⅣA族，且它們都和碳一樣，最外層有4個電子。因此，我們把它們統(tǒng)稱為碳族元素。 ［板書］第一節(jié) 碳族元素(第一課時) 一、碳族元素 碳 硅 鍺 錫 鉛 C Si Ge Sn Pb ［過渡］本節(jié)課我們先來認識一下碳族元素，然后在此基礎上學習硅及其化合物的知識。 ［問］大家能否根據(jù)碳族元素的漢字名稱推測出它們哪些是金屬，哪些是非金屬呢？ ［生］碳、硅為非金屬，鍺、錫、鉛為金屬。 ［師］(展示罐頭瓶蓋) 大家看，該瓶蓋的里面是鐵，外面所鍍的這一薄層金屬，就是錫。它起保護內層金屬的作用，因為它在常溫下不與空氣中的氧氣作用。 第ⅣA族元素中，碳是典型的非金屬；硅雖外貌像金屬，但在化學反應中多顯示非金屬性，通常被認為是非金屬；鍺的金屬性比非金屬性強；錫和鉛都是金屬。這說明大家的推測是正確的。由于硅和鍺在元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近，所以常用來做半導體材料。 ［問］碳族元素的原子結構有什么異同？ ［生］原子序數(shù)和電子層數(shù)不同，最外層電子數(shù)相同。 ［板書］1.結構特點：原子序數(shù)和電子層數(shù)不同 最外層電子數(shù)相同 ［師］碳族元素結構上的這種異同，也導致了它們性質的異同。 請大家根據(jù)所學元素周期律的知識，填寫下表。 ［投影展示］ 碳族元素性質的遞變規(guī)律 元素符號 C Si Ge Sn Pb 原子序數(shù) 原子半徑的變化趨勢 金屬性與非金屬性的變化趨勢 最高正價 最高價氧化物化學式 最高價氧化物的水化物的化學式及酸堿性強弱 氫化物的化學式及穩(wěn)定性強弱 ［上表可由學生回答，教師填寫完成］ ［師］注意，碳族元素的氫化物的寫法是碳族元素在前，氫元素在后。 ［板書］2.性質遞變規(guī)律 ［師］它們在周期表中從上到下，元素的原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強，得電子能力逐漸減弱，非金屬性向金屬性遞變的趨勢很明顯。 但由于碳族元素處于容易失去電子的堿金屬與容易得到電子的鹵素的中間位置，這決定了它們得失電子的能力都較弱，一般容易形成共價化合物。 ［板書］(1)非金屬性向金屬性遞變的趨勢明顯，易形成共價化合物。 ［師］碳族元素的化合價除了+4價外，還有+2價。其中，碳、硅、鍺、錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的。因此，+4價的鉛(如PbO2)在參加化學反應時，往往會得電子而被還原成+2價的化合物，它本身是強氧化劑。 ［板書］(2)主要化合價 +4、+2 Pb的+2價穩(wěn)定 ［投影例題］1.如果發(fā)現(xiàn)114號新元素(位于第七周期ⅣA族)，下列有關X可能具有的性質合理的是 A.X是非金屬元素 B.X的+2價化合物比+4價化合物穩(wěn)定 C.XO2具有強氧化性 D.X有穩(wěn)定的氫化物 解析：根據(jù)碳族元素性質遞變規(guī)律，可推知114號元素的金屬性比鉛還強，一定是金屬元素。它的穩(wěn)定價態(tài)應與鉛相同，即為+2價，所以XO比XO2穩(wěn)定。+4價的X易得電子變成+2價，所以XO2具有強氧化性。X是金屬元素，不可能存在穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物。 答案：BC 2.課本上說“……碳、硅、鍺、錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的。” (1)根據(jù)上一句話判斷：錫的+2價化合物(如SnCl2)應具有較強的 性，鉛的+4價化合物應具有較強的 性。 (2)Fe3O4可以寫成FeOFe2O3的形式，根據(jù)化合價規(guī)律和這種書寫方法，若將Pb3O4用上述形式表示，其化學式可寫為 。 (3)PbO2與濃鹽酸可發(fā)生氧化還原反應生成Cl2，該反應的化學方程式為 。 解析：(1)關鍵要理解錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，因而+2價化合價不穩(wěn)定，容易轉變?yōu)?4價化合物，而顯示較強的還原性；同理，鉛的+4價化合物具有較強的氧化性。 (2)鉛的兩種常見化合價中，+2價穩(wěn)定，+4價不穩(wěn)定，易得電子被還原。題中信息表明，F(xiàn)e3O4中有+2、+3兩種價態(tài)的鐵元素。思維遷移到Pb3O4中鉛的化合價+2價和+4價。仿照上述形式的寫法，將Pb3O4寫成2PbOPbO2，此化合物中正負化合價的代數(shù)和為零。 (3)PbO2與濃鹽酸反應，已知濃鹽酸的氧化產(chǎn)物是Cl2，則PbO2的還原產(chǎn)物必然是+2價的化合物，這里應是PbCl2，另有H2O生成。(注：此處也可將MnO2與濃鹽酸的反應遷移，即可寫出PbO2與濃鹽酸反應的化學方程式) 答案：(1)還原、氧化 (2)2PbOPbO2 ===== (3)PbO2+4HCl PbCl2+Cl2↑+2H2O ［師］下面，我們可通過下表來認識一下碳族元素單質的物理性質。 ［板書］3.單質的物理性質 ［投影展示］ 碳族元素及其單質的一些重要性質 元素名稱 元素符號 原子半徑 主要 化合價 單 質 的 性 質 顏色、狀態(tài) 密度 熔點 沸點 nm gcm-3 ℃ ℃ 碳 C 0.077 +2,+4 金剛石：無色固體 石墨：灰黑色固體 3.51 2.25 3550 3652～3697 (升華) 4827 4827 硅 Si 0.117 +2,+4 晶體硅：灰黑色固體 2.32～2.34 1410 2355 鍺 Ge 0.122 +2,+4 銀灰色固體 5.35 937.4 2830 錫 Sn 0.141 +2,+4 銀白色固體 7.28 231.9 2260 鉛 Pb 0.175 +2,+4 藍白色固體 11.34 327.5 1740 ［師］從上表可看出，實驗測出的碳族元素原子半徑的遞變規(guī)律與我們根據(jù)原子核外電子排布預測的是一致的。碳族元素單質的密度是從碳到鉛逐漸增大，熔、沸點逐漸降低，錫的熔、沸點較特殊，這與其成鍵情況及空間結構有關系。 ［問］碳元素形成的單質，在表上列出了金剛石和石墨兩種，它們與碳元素的關系是什么？ ［生］它們都是碳元素的同素異形體。 ［師］對。不過，碳元素的同素異形體不止兩種，還有C60、C70等等。 請同學們閱讀課本P148“C60及其應用前景” C60及一系列碳族分子的發(fā)現(xiàn)，是化學發(fā)展史上一件具有劃時代意義的大事。為了表彰這一重大科學成就，1996年的諾貝爾化學獎授給了克羅托和另外兩位對C60的發(fā)現(xiàn)作出貢獻的科學家——美國賴斯大學的化學教授柯爾和斯莫利。 ［投影練習］1.下列氣態(tài)氫化物中最不穩(wěn)定的是 A.CH4 B.NH3 C.SiH4 D.H2S 答案：C 2.下列關于碳族元素的敘述正確的是 A.單質都是無色晶體 B.隨著原子序數(shù)的增加，單質的熔點逐漸升高 C.由碳到鉛，ⅣA族元素最高氧化物對應的水化物酸性逐漸增強 D.除鉛以外其他元素的+4價化合物是穩(wěn)定的 答案：D 3.近年來，科學家發(fā)現(xiàn)一種新分子，它具有空心的類似足球狀結構，化學式為C60，下列說法正確的是 A.C60是一種新型化合物 B.C60和石墨都是碳的同素異形體 C.C60在純氧中充分燃燒只生成惟一產(chǎn)物CO2 D.C60的摩爾質量為720 答案：BC ［小結］本節(jié)課我們學習了碳族元素的結構特點及隨著原子序數(shù)的遞增，其性質遞變的規(guī)律，同時還認識了碳元素的另一種同素異形體——C60。 ［布置作業(yè)］1.復習初中所學碳及其化合物的知識。 2.預習硅及其化合物的知識。 3.課本習題一中1、2。 ［參考練習］1.某ⅣA族元素的氣態(tài)氫化物含氫12.5%，該元素的相對原子質量是 A.12 B.14 C.28 D.72.6 答案：C 2.下列說法中不正確的是 A.硅和鍺都是重要的半導體材料　 B.硅酸的酸性比碳酸還要弱 C.SiH4的穩(wěn)定性比PH3的差 D.CH4穩(wěn)定性比NH3強 答案：D 3.某些保健品中含有的鍺(Ge)元素，位于周期表中的第四周期第ⅣA族。有關鍺的敘述正確的是 A.鍺的原子序數(shù)為34 B.鍺的金屬性比錫強 C.Ge可形成Na2GeO3的鹽 D.單質鍺是半導體材料 答案：CD ●板書設計 第七章 硅和硅酸鹽工業(yè) 第一節(jié) 碳族元素(第一課時) 一、碳族元素 碳 硅 鍺 錫 鉛 C　Si　Ge　Sn　Pb 1.結構特點 原子序數(shù)和電子層數(shù)不同 最外層電子數(shù)相同 2.性質遞變規(guī)律 (1)非金屬性向金屬性遞變的趨勢明顯，易形成共價化合物 (2)主要化合價 +4、+2；Pb的+2價穩(wěn)定 3.單質的物理性質 4.C60簡介 [教后感] 本課時是學生學完元素周期表后，繼氧族之后的又一族元素，其重點是要在深刻理解和熟練運用元素周期表的基礎上去學習碳族元素性質的遞變規(guī)律，也即強調了學生在學習過程中的活學活用。因此，怎樣調動學生學習的積極性，讓學生積極主動地參予到教學過程中來，是本節(jié)課教法上要解決的問題。在這里，我用了實物展示，引導學生預測、講解、復習、練習等方法來達到這一目的，并向學生介紹C60的結構及有關情況，以擴大學生的視野。