无机非金属材料的主角-硅教案设计

1、无机非金属材料的主角硅一 . 教材分析材料是人类生活和生产活动的重要物质基础， 而硅这种材料在现代信息社会 发挥着尤为重要的作用， 本节教材以硅单质及其化合物的性质作为主要内容， 介 绍了硅、二氧化硅的性质，硅单质的制法，硅、二氧化硅在计算机及通信等高技 术领域的应用，与传统教材相比， 本教材加大了各种材料在社会生活中应用介绍 的力度，对于培养学生的科学素养有着重要意义。二 学生情况分析1. 本节课的教学对象为高一学生，学生已有知识和未知知识分析：教学内容学生已有知识高中新知识二氧化硅 和硅 酸碳及其化合物的有关知识 知道二氧化碳属于酸性氧 化物，并能书写有关二氧化 碳的化学反应方程式 学 习

2、了化学必修第三章 “金 属及其化合物”的内容， 具 备了一定的元素化合物知识二氧化硅及硅酸的 物理性质及主要用途 二氧化硅的主要化 学性质 硅酸的制 备原理 硅及其化 合物在材 料等领域的 应用2. 学生学习本单元可能会遇到的障碍点。 由于高一学生接触元素化合物的学习时 间较短，又没有原子结构和元素周期律的理论为依据， 因此还没有形成完整的元 素化合物学习的化学思想， 不太会运用对比的思想学习硅及其化合物的性质和制 备等。因此， 在前期的教学中力图每节课逐步渗透这些思想作为铺垫， 本节课通 过分析碳和硅元素的原子结构，引导学生采用对比的学习方法，分析推导二 氧化硅及硅酸的性质， 帮助学生温故而

3、知新， 使学生在元素化合物的学习过程中 形成一条完整、清晰的主线，从而建构元素化合物的知识体系。三教学目标1. 知识与技能（1）了解硅及其化合物 （ 以二氧化硅为主 ） 在信息技术、材料科学领域中的应用。（2）了解硅酸盐的丰富性和广泛性。（3）掌握硅及其化合物 （ 以二氧化硅为主 ） 的性质和用途，了解硅酸盐的丰富性 和广泛性。（4）了解硅及其化合物 （ 以二氧化硅为主 ） 在自然界中的广泛存在及其存在形式和 生产中的应用及其对环境的影响。（5）掌握硅酸制取，并能应用强酸制弱酸的化学原理进行实验设计的思维方式。（6）巩固和提高分析、设计、操作、观察、记录、归纳实验的能力。 2过程与方法目标（1

4、）通过对玻璃制造原理的分析，初步建立从化学角度认识材料，从材料角度 学习化学的研究主线。（2）通过对硅胶、水玻璃、太阳能电池板等材料的认识，进一步形成从材料的角度学习物质的性质的一般思路。（3）在学习过程中初步学会运用分类、实验、比较、归纳等方法和手段。3 、情感态度与价值观：（1）通过课本及课件中大量的精美图片、实物、相应的化学实验现象感受到化 学科学的魅力及化学对人类生产、 生活的贡献， 激发学习的兴趣， 陶冶热爱科学 的情感；（2）通过扩展学习，扩大科学视野，并把化学与生活结合起来，增强学习化学 的好奇心；三、 重难点1. 教学重点： （1）硅和二氧化硅的性质。（2）以生活的事例为切入点

5、，联系硅结构与用途的必然联系。（3）以材料为载体学习硅及其化合物的性质2. 教学难点：（1）硅化合物的丰富性和多样性）通过资料探究， 学生自主学习硅的知识。 （2（3） 从材料的角度建立研究物质性 质的基本思路四教学过程与教学资源设计教师活动学生活动教学意图【导入】上一章我们已经学过金属及其 化合物的知识，了解了金属在人类社会 发展中的重要作用。而非金属与金属一 样，与人类关系也十分密切，这节课开 始我们进入非金属的殿堂。倾听、回忆、联系使学生通过 前后知识的 联系对元素 及其化合物 知识体系有 大致了解【板书】第四章 非金属及其化合物明确教学内 容【图片展示】展示硅的各种图片以及硅的多种用途

6、学生对图片非常感 兴趣，交流议论。从感性上让 学生接触学 习内容，激发 学习兴趣【引言】看到这么多的图片，从自然到 生活，从工业到科技，从原子到宇宙航 天大家发现没有这些图片都集中 反映了一种物质，这是什么呢？回答：硅引出主题【板书】第一节无机非金属的主角硅【设问】地壳中含量做多的元素是什 么？其次又是什么？ 【讲述】硅在地 壳中含量仅次于氧，为 26.3%，处于第 二位。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳 中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地 壳质量的 90%以上。 刚才我们已经看到 了很多关于硅的图片，我们知道，从古 至今，在无机非金 属材料中，硅一直 扮演着重要角色。思考、回答、交流 的硅和碳出

7、画生学巩固元素 知识，通过对 比学习，加深 学习印象 思考与交流 为什么硅的用途这么广 泛呢？我们经常说结构决定性质，那 么，硅的性质与它的结构有什么必然联 系没有呢？碳与硅在自然界中的存在 的形式为何不同？你能画出碳和硅原 子结构示提问 意图，并归纳出硅与 碳在元素周期表中的位置与结构吗？ 【讲述】硅位于元素周期表中第 IVA 族 碳的下方。碳和硅的原子最外层均有四 个电子，二者既相似又不同。碳是构成 有机物的主要元素，而硅是构成岩石和 许多矿物的基本元素。硅和碳一样，其 原子既不易失去又不易得到电子，主要 形成四价化合物。原子结构示意图，并 归纳出硅与碳在元 素周期表中的位置 与结构 C：

8、2 4 +6Si:2 8 4 +14 倾听 思考 比较【过渡】：事实上，地球上的硅都是以 硅的化合物形式存在，那么我们从硅最 入手研究。简单的化合物 SiO【2 板书】： 二、硅的化合物 SiO 21、 讲解二氧化硅的存在形态并展示水 晶、玛瑙图片 【总结】二氧化硅在自 然界中的存在【过渡】二氧化硅熔点很 高，而我们知常温下却是气 +4 道碳的价 氧化物 CO2 体，熔点很低。为什么它们 的物理性质有这么大差异呢？ 【引导】 阅读 74页“科学视野” CO 和【活动 探究】SiO 的差异：2 2 结构 CO和【展示】 SiO2 2 周围连着二氧化硅晶体中，每个 Si4 ，即每个硅原个 2连着，

9、每个个 OOSi4 子位于正四面体的中心，四个氧位于 O 而每个个顶角，被两个正四面体共用。 的比 2按 O和晶体是由 SiO 所以 Si1 2 例所组成的立体网状结构的晶体，因此 SiO不是分子式。 2二氧化碳晶体中则是 由 CO 小分子 2SiO 与 CO是分子式。所 以 CO构成的， 222 的性质差别较大。的 网状结构决定了它因为【过渡】 SiO2 具 有优良的物理性质和化学性质。 【讲述】 二氧化硅是一种坚硬难熔的固观看、欣赏 阅读，了解硅的亲氧 性及硅在自然界中 主要存在的化合物 形式 阅读“科学 视野”CO和 SiO 的结 观察 2 2 构，通过老师 分析点 拨得出结论 SiO

10、讨论具有哪些 2 物理性质，并结合图 片观察通过实 物图片展示， 让知识更贴 近生活 创设 问题情境，以 便后面进一 步比较 SiO 和 CO的 22 性 质 通过学生 自主学习，教 师适时点拨， 使学生了解 结构决定性 质 加强学生观 结总纳归察体，不溶于水。纯净的二氧化硅晶体无 色透明，称为水晶。具有彩色环带状或 层状的石英晶体，称为玛瑙。沙子中也 存在小粒的石英晶体，是基本的建筑材 是现代光学及光纤制品料。纯净的 SiO2 的基本原料；石英、玛瑙可用来制作饰 物和工艺品。石英坩 玛瑙 光纤【图片展示】水晶 半导体元件埚【介绍】二氧化硅的用途，并展示图片 联系实际的能力 联系生活， 加深认

11、识 图片呈现更 直观，深刻【过渡】 SiO 和 CO结构不同，所以它 22 们的物理性质和化学性质有差异。 但 是化学性质也有相似之处，如与 CO2 一 样，SiO 也是一种酸性氧化物。 【2 比较】 写出下列反应的化学方程式， 与并比 较 SiOCO的相似之处。 22与溶液， CO 1、与 NaOHC22OCaOS iO 溶液，与 CaO 与 2、SiONaOH22 【引导】 学生自主归纳总 结 【评价】教师参与上述讨论，并及 时作出积极评价 CO SiO 22 物质分类 均属于酸性氧化物 +CaOSiO与碱性氧 COCa2O2 CaCO 化物反应观察、比较，了解 SiO2 晶体结构，并认识

12、性 质的不同由结构决 定 书写化学方 程式，交流、比较、 发现问题 归 纳： SiO 是一种酸 2 性氧化物，能与强碱 反应、与碱性氧化物 反应运用旧知迁 移使学生通 过比较发现 共性 培养学生自 主探究能力 通过对比分 析，加强对比 记忆和对比3CaSi 学习的能力O 3 回忆 +2NaOSiO CO与碱反应 22 SiO H=Na2NaO32H OO +HCONa+22H23 CO与水反应 O H 不反应 22倾听、 SiO2学会书写 COH32 与氢氟酸反应的化 学方程式 CO不同于 SiO 下 面我们来讨论【过渡】 22 的化学性质 通过讨论思考得出： 可溶于水且能与水 反【引导】回忆

13、 CO2 由于常温下 1、SiO COH应生成， CO与酸不反应 2232了解并 认识可与强碱溶液反很不活泼，它不溶于水， SiO【讲述】 2到物质的特应，生成 粘结性可以与唯一的酸但也不与水反应。 SiO2 性的硅酸钠溶液， 氢氟酸反 应。SiO+4HF=SiF+2HO（腐蚀玻璃） 224 展示 拿出两个表面皿（一新一 旧），让同学们透过表面皿看书上的文 字，透过新的表面皿是可以看到书上的 文字的，透过用过的那个旧表面皿是看 不到书, 上的文字的 . 精美的冰雕玻 璃（图片进一步展示 上面的精美花 纹正是通过与酸的反应刻上去的） 。 【思考与交流】已知玻璃中含有 SiO2 溶 液的试剂瓶为什

14、、 实验室盛放 NaOH1么 不用玻璃塞？改用什么塞子呢？ 2 、实 验室中氢氟酸应如何保存？可将磨口玻璃塞一 粘在与瓶口起，所以 实验室溶液的盛装 NaOH玻璃试剂瓶要 用橡皮塞而不用玻 璃塞。 实验室中氢 氟酸、2 应保存在塑 料瓶中。让同学们 亲身感受到 了玻璃被氢 氟 酸腐蚀的情 况 提高解 决问题的能 力C【O 过渡】我们知道能溶于水形成碳 2）（H 酸 CO，而 SiO 不溶于水且不与水反 223 应，但 SiO 也存在其相对应的含氧酸 2SiO硅酸 （H）。 32【投影】展示袋装 食品干燥剂的图片 【设问】知道这些 干燥剂的成分是什么 吗？【引入课题】 其中有一种干燥剂的成分是硅

15、胶。下面 我们就来研究和它相关的 硅的化合物 的性质。【引导讲解】硅酸是一种很弱 的酸，其酸性比碳酸还弱。可与强碱溶 液反应生成硅酸盐和水，难溶于水，受 热时可分 和水。解生成 SiO2 化学方程 式如下： SiOO=H+H+COSiONa CO+Na 32322322 SiO+2NaOH=NaSiOH O +2232H32阅读课本 P76 欣赏 观察 .了解相关 内容即可O+SiOHSiOH22 23硅酸可用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。生成的 SiO聚集成硅酸溶胶； H 32 硅酸浓度大时，则形成软而透明的、 胶倾听、思考 冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水 后得到多孔的硅酸干凝胶， 称为

16、“硅 。硅胶多孔，吸附水分能力强，常胶”用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的 干燥剂，也可用作催化剂的载体。【实验探究 4-1 】实验步骤：1、在试管中加入 35 mL NaSiO溶液， 32 1 2 滴酚酞溶液， 观察现象。滴入 2 、用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边 加边振 荡，至溶液红色变浅并接近消失 时停止。静置。观察现象。 实 验步骤 阅读实验，通过老师实验现象 实验观察实验现象，思 考交流，并通过实结得出实验验现象 论 结论 实验结果分 析： 观察、讨论， 1 （）步骤 完成表格 溶液中的 NaSiO为 23 呈碱性。 SiO进一步培养 学生自主学 习能力 培 养学生合作 意识和实验 探

17、究能力12溶液呈红 色先形成硅 后酸胶体， 有白色沉 淀生成NaSiO溶 23 液显碱性+2HSiONa32SiOCl=H32 +2NaOH 中溶液呈红色，是因 12使溶液 SiO水解， 3 2+2HSiO+2OHOH3223 中先生成硅酸胶体， （22）步骤使学生学会 后聚集成硅酸沉淀 分析实验并 【知识拓展】从实验中得 把稀硫酸加入到硅酸钠溶液中会有什出 结论 么现象？ 现象 滴入硫酸有硅酸凝胶产生 硅酸难溶于水结论 +HSiO 方程 Na = HSOSiO323242 SO+Na 式 42讨论思考形成知识完成表并观察实验 拓展、知识牵连 格培养学习能力和思考运用能力第二课时教师活动学生活

18、动教学意图【引入】硅具有很强的亲氧性，这导致 硅元素在自然界中都以化合态存在。上 节课我们讨论硅的主要存在形式之一 二氧化硅，硅元素还大量地以硅酸回忆、倾听引入新课盐的形式存在。 【展示】 多媒体展示图 片：自然界中存 在的硅酸盐【讲述】 硅 酸盐是由硅、氧和金属元素等组成的化 合物的总称，大多不溶于水，化学性质 稳定，是构成地壳岩石、土壤的主要成 分。最简单的硅酸盐是硅酸钠。 【视 频展示】“硅酸盐”视频及“水下花园” 图片 【实验探究 4-2 】取两个小木条 或滤纸条，实验步骤：分别放入蒸馏水 和 NaSiO饱和溶液中， 32 使之充分吸湿、 浸透，取出稍沥干(不同时分别放置在 酒精灯外焰

19、再滴液后) ，外。 实验现象： 被蒸馏水浸透的小木条 或滤纸条一段 时间后会着火燃烧，而被溶液浸透的小 木条或滤纸饱和 NaSiO32 条则不会着火燃 烧。 SiO 可用作防火剂。 实验结论： Na32SiO【总结】(1)Na可溶于水，其水 溶 32 液俗称水玻璃，呈碱性。 可作胶黏 剂、防火剂。 (2)NaSiO 3SiO(3)Na CONaCO SiOO H= H 32322223观看、了解 倾 听 思考 观察实 验分析实验 讨论 结果增强直观感 受 使学生 了解硅酸盐 在自然界中 的存在 通 过视频及图 片加强知识 的学习，并通 过直观印象 使记忆深刻 且能联系生 活实际 培养学生实 验

20、操作能力 和实验分析 能力 使 学生了解硅 酸钠的性质 和重要用途资 P67【资料卡片阅读】引导学生阅读 料卡片 【讲解】硅酸盐是由硅、 氧和金 属组成的化合物，通常可用二氧化硅和 金属氧化物的组合形式表示其组成。一 般地先按金属活动性写出金属氧化物， 再写二氧化硅，最后写水。例如： Na 硅 酸钠： SiO O224SiO3MgOCaO石 棉： 2 OAlOK 长 石：6SiO22232SiOOAl 黏土： O 2H 2322 【练习】写出 Al )高岭石： 1)(OH)(SiO ( 4252O SiMg)三硅酸镁：(2nHO2382阅读 倾听、思考练习通过自主阅 读与老师点 拨讲解，结合

21、学习， 再通 过练习巩固 知识，使之印 象深刻。 培养学生知 识理解、迁移 能力【过渡】硅酸盐在自然界中的存在丰富 而多样，主要为硅酸盐、铝硅酸盐和粘 土等形式。阅读，并了解盐酸硅受 感【阅读科学视野】硅酸盐的丰富性和多 样性 【过渡】 由丰富而多样的硅酸盐得 到了多种的硅酸盐产品，且已经成为使 用量最大的无机非金属材料。 【视频】 学生观看无机非金属材料视频，教 师同时作相关介绍。 （1）陶瓷 （2） 普通玻璃）水泥 （3 （4）其它含硅的 产品碳化硅（ SiC） 硅钢 硅橡 胶分子筛 【展示】多媒体展示图片： 碳化硅、硅橡胶、高温结构陶瓷、压电 陶瓷等。 【讲解】硅酸钠溶液可以做 木材防火

22、剂。了解硅酸盐产 品 , 欣 赏倾听的用途广泛 性 使学生 体会科学技 术的发展 强化学生设 计实验时的 “对比”意识 和“控制变 量”的 意识 。 逐步形成严 谨的科学素 养。【过渡】现代科技产品尤其是电子产品 都要用到高纯度的硅单质。下面我们学 习硅单质。 【引导讲解】 我们知道晶体 硅的结构与金刚石相似，它是一种带有 金属光泽的有脆性，熔点高、灰黑色固 体，硬度大， 是一种良好的半导体材料。 单质硅在常温下化学性质稳定，但可与 氟气、强碱溶液等反应； 在加热时，可 氯 气等反应。与氧气、反应方程式如下： =SiFSi+2F42+2HSiOO=NaSi+2NaOH+H 2223倾听 记忆回

23、应、复习前 面所学内容 使学生了解 硅单质的相 关物理性质 和化学性质SiClSiOSi+O Si+2Cl 4222再次让学生体会氢氧化观察现 （氢氧化钠与硅的反应） 实验 钠能够和玻象并尝试检验生成的气体璃中的二氧 思考. Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H观2察 化硅反应生造成小小 , 故 意用玻璃塞的氢氧化钠 成硅酸钠 的”意外”我们知道自然界中无游离态硅， 【设问】 那如何得到单质硅呢？回忆、思考【讲述】硅的工业制法： 第一步：在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法制得粗硅。 2C = Si （粗硅） 2CO SiO 2 第二步： 与氯反应： SiCl （ 温度为 400

24、2ClSi 42500） SiCl 液体通过精 馏，第三步：生成的 4 除去其中的硼、 砷 等杂质，然后用氢气还原：倾听、笔记 结合图片，运用回忆引发学生思 考，提出问题 再解决问题， 使学生感受 学习的一般 思路和方法 之一 使学生 了解 2H Si SiCl 24硅的工所学相关知识 业制法 【过渡】我们学习硅单质的 性质，那性 质决定用途，硅有哪些用途呢？我们一 起来看看。【图片结合文字展示】展示硅的用途巩固所学知 【总结】总结本节所学内容 回忆、思考识课堂练习地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ）A. 熔点很高 B. 与水反应生成对应的酸 C. 可与烧碱反应生成

25、盐D.坚硬要除去 SiO中混有的少量 CaO杂质，最适宜的试剂是（）2A.纯碱溶液 B.盐酸 C. 硫酸 D. 苛性钠溶液3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（）A.HF 溶液 B.KOH 溶液 C. 盐酸 D. 水玻璃能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ）A.CO溶于水形成碳酸， SiO 难溶于水22B.CO通入可溶性硅酸盐中析出 2C.高温下 SiO 与碳酸盐反应生成 CO2 2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体， 通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀能将 NaSiO、CaCO、SiO三种白色粉末鉴别开来的试剂是（） 2233A.NaOH溶液 B. 水 C. 氢氟酸 D

26、. 稀盐酸1 B 2 B 3 C 4 B 5 D五教学环节设计1 流程图方法线 知识线 活动线 问题线初步学习分类、 分制造玻璃的反应、 原中事制造玻璃的原理提取从故 析信息的方法。 初玻璃的主要成分、 是 什么？料、反应条件等信 步建立研究主线。的性质 SiO2 息加以分析以 SiO 为基础原 思考，交流，总结： 2 料，如何获得如硅及其重要化合要建立材料主此丰富的含硅材 物 的转化关系性类成分分料？ 质的研究线索 1 实验室制备硅 总结观察、思考、酸的方法3、演示实验演示实验 1、 22 硅酸的性质 中体现出来的硅什么问题 3 硅酸钠的性质发现什么问题？胶的制备、硅 酸、硅酸钠的性质和 用途。 思考，交流：板能电池阳太 硅单质性质巩固分类的方法；运用反应 规律预测物质的性质；初步 形成研究程序。说明了 你又？1设计实验、评价实验的能力2