高一化学教案-第一节碳族元素1 最新

第七章硅和硅酸盐工业
第一节碳族元素
教学目标
1．知识目标①复习巩固元素周期律、元素周期表知识。

②了解碳族元素的性质及其递变规律。

③简要复习碳及其重要化合物的基础知识。

2．能力目标①进一步了解运用元素周期律知识，学习同族元素性质及其递变规律的方法，并将其运用于碳族元素及其化合物知识的学习中。

②培养学生的自学和分析、判断能力，学会演绎、归纳和类比迁移等思维技巧。

教学重点
碳族元素的性质及其递变规律
教学方法
1．教法
①教师为主导，通过提问、设问组织教学。

②比较归纳、说理解释，使知识形成体系。

2．学法
①自学、讨论和思考、总结。

深刻把握知识的内涵与外延。

②积极使用手、眼、脑，培养语言组织和表达能力，提高思维分析能力和学习效率。

教学组织形式
分组讨论形式。

教学过程
1．展示周期表挂图和石墨、半导体等教具
[讲述]今天我们一起来学习又一个非金属族------碳族元素，它们中的大多数元素及其化合物与日常生活、工农业生产、现代科学技术有着密切的联系，半导体收音机、电视机、计算机等电子产品与晶体硅有非常密切的关系,相信通过学习你会大开眼界。

2．投影设问
①请从元素周期表中找出已学过的氧族元素及碳、硅的位置；
②请画出碳、硅的原子结构示意图，并找出其中的异同；（最外层均为4e-,从碳到铅核电
荷数电子层数原子半径均递增）
③参照氧族元素的特点，命名碳、硅所在主族的中文名称，指出与碳、硅同族的其它元素。

学生回答上述问题和书写碳、硅原子结构示意图。

[讲述引入新课]碳、硅分别位于周期表的第二、第三周期的第IVA族，其原子最外层电子数均为4。

第IVA族元素称为碳族元素。

[板书]第七章硅和硅酸盐工业
第一节碳族元素
一、碳族元素：包括（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）等五种元素，位于周期
表的第IVA族，其原子最外层上均有4个电子。

[板书]碳族元素通常较易形成共价化合物，较难形成离子化合物，其主要化合价有+4和+2。

C、Si、Ge、Sn的+4价化合物较稳定，而Pb的+2价化合物较稳定。

碳是明显的非金属，硅、锗是半导体，锡、铅是明显的金属。

“结构决定性质”是解决本节有关问题的根本依据。

“铅的+2价化合物稳定，而其它碳族元素的+4价化合物稳定”体现出了一般性与特殊性的关系。

3．投影碳族元素及其单质的一些重要性质，（见课本第144页表7-1）。

[投影设问]①表7-1与课本第36页表2-1、第71页表4-1和第122页表6-1相比，有何特点？试从颜色、熔点、沸点的递变情况等加以说明。

②根据表7-1中的有关数据，简述碳族元素单质的结构和性质（学生思考、分析和讨论。

）
[总结讲述]在周期表中从上到下，颜色：碱金属略有加深，卤素依次加深，氧族中氧→硒加深，碳族中分为三截：C→Si加深，Sn→Pb加深；Ge比Si浅，但比Sn深。

熔点、沸点：碱金属依次降低，卤素和氧族依次升高，碳族总体呈降低趋势（熔点，锡比铅低、沸点，锗比硅高）。

碳、硅虽属非金属，但其熔、沸点明显比卤族、氧族中的非金属要高得多，其原因主要是碳、硅属原子晶体。

卤族，氧族中的非金属通常属于分子晶体，据此便可解释有关熔、沸点的递变现象。

同理，从锡、铅熔点递变与碱金属递变的差异性中，也可说明锡、铅结构不同的实质。

碱金属、卤素单质的熔沸点随着原子序数的递增，均呈现出一定的变化规律，但碳族元素单质的熔沸点却无明确的变化规律。

这是因为，物质的熔沸点决定于物质形成晶体的结构。

对于碱金属和卤素而言，它们同一族元素的单质所形成的晶体属于同一类型。

碱金属单质形成金属晶体（下一章将学习），它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，其金属键减弱，故熔沸点降低；卤素的单质形成分子晶体，随着分子量的增大，其分子间作用力增强，故熔沸点升高。

对于碳族元素而言，由于它们的单质的晶体类型不同，所以不可能形成同一规律。

碳可形成金刚石（原子晶体）、石墨（混合型晶体）及C60等多种晶体，硅通常形成原子晶体，而锡和铅形成金属晶体，锗的晶体类型不甚明确。

氧族元素、氮族元素的单质也有类似的情况。

[板书]金刚石、石墨、晶体硅属原子晶体，其熔、沸点很高，碳族元素单质的结构相对于其它族元素单质的结构较为复杂。

4．投影提问
①同周期元素从左到右，同主族元素从上到下，其单质的金属性或非金属性将如何递变？
②碳族元素为何易形成共价化合物，不易形成离子？
③请参照课本首页彩图和已有的课本知识，谈谈碳族元素单质的金属性与非金属性。

④已知在金属活动性顺序表中，锡位于铅之前，而由同主族元素性质的递变规律推断、铅应比
锡的金属性强，请学生谈谈看法（学生自学、思考和讨论，老师巡视指导）。

[归纳讲述]
①略
②碳族元素介于典型金属（IA）和典型非金属（VIIA）的中间，其最外层电子数为4。

通常，
较难通过得到或失去电子达到8电子的相对稳定结构，一般以共用电子对（共价键）形成相对稳定结构，故碳族元素通常易形成共价化合物，不易形成简单离子。

碳族元素的成键特点——因为碳族元素原子的最外层上有4个电子，在化学反应中往往既不容易失去电子形成阳离子，也不容易得到电子形成阴离子，而是以共价键的形式与其他元素结合形成化合物。

但不能将这个问题绝对化，一方面说碳族元素不易直接形成离子键，并不是说碳族元素不能存在于离子化合物之中，因为很多碳酸盐及简单的硅酸盐都是离子化合物；另一方面，像铅等原子半径特别大的元素，也可在一定条件下形成阳离子。

③在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，
通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。

可见，金属和非金属之间并无绝对严格的界限，如石墨虽属非金属，却具有金属光泽、能导电、导热等金属性质；
硅、锗则是良好的半导体材料等。

碳族元素的金属性和非金属性递变规律——学习中主要把握其表现形式，如比较碳族元素和其他族元素的原子半径大小、氢化物稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸碱性强弱等等。

④金属性的相对强弱与金属活动性的相对强弱看来还有一定的差别。

金属活动性主要是通过
测定在溶液中发生反应的活性而得，金属性的测定则更强调原子状态下的反应活性。

由于锡铅在固态时，其晶体结构可能有差异，从而导致在通常状况下的反应活性与其原子结构的不一致性。

可见判断物质的化学性质具有一定的复杂性。

根据元素周期律，同一主族元素随着原子序数的递增，元素的金属性应逐渐增强。

但是，根据金属活动顺序表可知，锡的金属活动顺序排在铅的前边。

那么锡和铅的金属性到底哪一个强呢？
元素的金属性是指元素的气态原子失去电子的性质，主要用第一电离能来量度，第一电离能越小，则元素的金属性越强。

查有关化学数据手册可知，锡的第一电离能为7.34eV，而铅的第一电离能为7.42eV，故锡的金属性应比铅强。

金属活动顺序表是以实验事实为依据编写的，金属活动性除了与第一电离能有关外，还与金属离子的水和能、水和离子在水中的迁移速率等有关。

不管从哪个角度比较，都是锡的金属性比铅强。

这样一来，就出现了事实与现阶段所学理论不相符合的现象。

其实，这是周期律中“镧系收缩”规律（将来可在基础无机化学中学到）在发挥作用。

因为铅位于周期表中第六周期，第六周期中由于镧系15种元素的存在，使得后边的元素原子半径显著减小。

元素的金属性、非金属性都是核电荷数和原子半径分别对元素原子得失电子的影响的综合结果。

而这两者是一对矛盾。

从锡到铅，原子半径的增大所起的作用（使原子失电子能力增强）减弱，而核电荷数增大所起的作用（使原子失去电子能力减弱）依然如故。

所以，就出现了锡在铅的上方，反而金属性比铅强的情况。

5、同素异形体
碳有多种同素异形体，重要的有金刚石、石墨及C60等，其中石墨中存在分子间作用力。

[反馈练习投影]
①碳族元素的元素名称和元素符号依次是__C__、___Si___、__Ge____、__Sn____、___Pb___。

碳和硅的原子结构简图分别是______、______。

根据碳、硅的原子序数以及元素周期表的结构可以推知另外三种碳族元素的原子序数分别为
______、______、______。

②碳族元素的最高正价为_+4 ，负价为__-4____，这是因为________；用R表示碳族元素，其氢化物的通式可写作，最高氧化物的通式可写作______，最高氧化物的水化物的通式为______或
________。

③碳族元素常见的正化合价有______和______，其中______等元素的_____价化合物比较稳定，而______元素的______价化合物比较稳定。

④碳族元素易形成共价键的原因是______。

⑤本族元素中，碳是构成化合物最多的元素（主要是有机物），______在地壳中的含量占第二位，它主要存在于______和______中。

因而，有人说：“______构成了有机界，______构成了无机界”。

常见的原子晶体中，以碳族元素的单质和化合物为最多，如______等。

和______的单质晶体是目前应用最广泛的半导体材料。

______是人类认识和使用最早的金属之一，如青铜就是铜和该元素的合金。

⑥硅是______色、有______光泽、而______的______体，常温下形成______晶体。

晶体硅的结构与______相似，因此在晶体硅中，每个硅原子都与______个相邻的硅原子分别形成______对共用电子对，构成以该原子为中心的______型结构。

键角是______。

硅的相对原子质量比碳大，但晶体硅的熔点却比金刚石低，其原因是______。

⑦硅的重要用途有：高纯硅用于______；含硅______的钢有______性，用于制造______；含硅_____的钢有______性，用于生产______。

⑧硅的化学性质。

常温下，能与F2、HF、NaOH溶液等反应，写出这些反应的化学方程式。

______________________、_________________________、___________________________。

高温下与Cl2、O2等反应，方程式为
______________________________、______________________________。

⑨硅的制取
工业上，硅是在电炉里用碳还原二氧化硅得到的，反应的化学方程式为________，这样得到的硅不纯净，称为“粗硅”，粗硅经提纯可得高纯硅。

提纯的有关反应方程式为______。

在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反应的化学方程式为______，这样得到的粗硅中往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为______、______、______。

板书设计
第一节碳族元素
一、碳族元素
（一）原子结构特点及在周期表中的位置
1．原子结构特点：
相同点：最外层均为4e-→形成共价键；
递变性：从碳到铅核电荷数电子层数原子半径均递增；
主要化合价：有+2、+4价。

C、Si、Ge、Sn的+4价化合物较稳定，而Pb的+2价化合物较稳定2．位置：ⅣA元素符号分别为C、Si、Ge 、Sn 、Pb
（二）性质递变规律
颜色：C→Si加深，Sn→Pb加深；Ge比Si浅，但比Sn深
熔点、沸点：碳族总体呈降低趋势（熔点，锡比铅低、沸点，锗比硅高）
C Si Ge Sn Pb
原子半径小—————→大
吸引电子的能力强—————→弱
非金属性强—————→弱
金属性弱—————→强
碳是非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属
最高价含氧酸的酸性强—————→弱
小结：碳族元素比同周期的氮族、氧族、卤族元素的非金属性弱。

（三）同素异形体
碳有多种同素异形体，重要的有金刚石、石墨及C60等，其中石墨中存在分子间作用力。