高中化学人教版第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角（市一等奖）

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅（第一课时）一、本节教材分析《硅》既是第三章常见无机物及其性质等知识的继续，又是非金属及其化合物的开始，通过本节的学习也为学习元素周期律奠定了基础。“硅”放在本章开篇如此重要的位置，关键就在“主角”这个词上。在教学参考书上指明了“主角”的含义：硅及其化合物是学生在日常生活中所熟悉的物质，硅及其化合物在非金属材料、信息技术、建筑、光电及航空航天等领域有着十分广泛的应用，前景广阔，地位非常重要。由于具有极高的应用价值，故教材承认了它在非金属家族中的“老大”地位。通过硅及其化合物知识的学习，学生对生活中常见的物质将有进一步的了解与认识，既开阔眼界，又更加密切了化学与生活，化学与社会的联系。硅是地壳中基本骨干元素，自然界岩石、土壤、沙子都主要以二氧化硅或硅酸盐形式存在，玻璃、水泥、水晶等硅的化合物又是学生在日常生活中所熟悉的物质。硅及其化合物放在第一节，也体现了硅元素存在的普遍性和广泛性。硅及其化合物单质硅及其化合物单质化合物氧化物硅含氧酸盐含氧酸硅酸硅酸钠复杂硅酸盐二氧化硅亲氧性半导体性与强碱反应硅酸盐材料基础不溶性、胶体性质黏胶剂、防火剂陶瓷、玻璃、水泥SiO2、硅酸盐形式存在信息技术与光电材料本节内容编排也颇具特点，在顺序上打破常规，先由大家熟悉的SiO2学起，认识了对应的硅酸，再学习对应的硅酸盐，最后才介绍单质硅。先学习比较熟悉的硅的化合物，再学习单质硅的顺序符合认知规律，有利于学生学习。本节课通过对物质的“存在和用途”的详细介绍，从而让学生理解了物质的性质。编排上新颖、实用，让学生从感性认识升华到理性认识。“非金属及其化合物”这一章与第三章“金属及其化合物”的知识体系明显不同，第三章都是按照单质、氧化物、氢氧化物和盐来分类，横向地介绍重要的金属及其化合物。而这里则是按照“物质的性质与用途间的关系”这样一条主线，以元素为线索，突出了“结构决定性质，性质决定用途”。二、教学设计教学目标：☆知识与技能：1．知道硅是一种亲氧元素，知道硅在自然界总是以与氧结合的形式存在。2．知道二氧化硅晶体的物理性质，了解二氧化硅晶体的结构对其物理性质的影响。3．知道二氧化硅能与氢氟酸、碱性氧化物、强碱反应，并能用化学方程式描述。4．能列举二氧化硅的主要用途，知道石英、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分为二氧化硅。5．知道硅酸是一种很弱的酸（酸性比碳酸弱）且难溶于水。知道硅胶是常用的干燥剂。6．了解硅酸的制备方法，认识强酸制弱酸的一般规律。☆过程与方法：1．在碳和硅、二氧化碳和二氧化硅的性质比较活动中，体会分类、对比等学习方法。2．在二氧化硅物理性质的学习中深化结构决定性质的学科思维。3．在硅、二氧化硅的用途学习中，深入体会由用途分析性质的学科思想。☆情感态度与价值观：1．通过丰富的教学素材和手段充分认识硅是无机非金属材料的主角，体会“从沙滩到用户”等说法的现实意义。2．通过了解硅材料发展的历史与前景，认识化学在材料科学中的重要作用。教学重点：二氧化硅的性质教学难点：二氧化硅和NaOH的反应，硅酸的制备教学方法：对比法、讨论法、讲授法教学安排：（二课时）第一课时：二氧化硅、硅酸；第二课时：硅酸盐、单质硅准备材料：多媒体图片、激光笔、二氧化硅晶体立体结构模型、Na2SiO3溶液、酚酞试剂、6mol/L稀盐酸、碳酸钙。三、教学过程：（第一课时）【引入新课】美国的硅谷——位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界90％以上的著名半导体公司（思科、英特尔、惠普、朗讯、苹果），半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。该地区客观上成为美国高新技术的摇篮，现在硅谷已成为世界各国半导体工业聚集区的代名词。也是高新科技的象征。2023诺贝尔奖物理奖，由号称「光导纤维之父」、香港的高锟教授进行光导纤维科技与感光组件的研究，带领人类走向科技飞跃的未来。1966年，高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，首创性地提出光导纤维在通信上运用的基础原理。简略地说，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够应用玻璃制造光学纤维，从而高效传输信息。这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。但在争论中，高锟的假想逐步变成现实：利用石英玻璃制成的光纤使用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。这次一半的诺贝尔奖金由高锟获得，他的继续研究大幅突破了光在玻璃光导纤维中传播的距离，可以让光在光导纤维中传播远超过一百公里，远远超过当时实验室最好的成果(约20公尺)。光导纤维在通讯领域上的应用跟我们当前的生活应用已经是密不可分，例如网络的高速传送。大幅提高了我们的通讯质量。【教师讲述】硅如此重要，今天来学习硅及其化合物的知识。【板书】无机非金属材料的主角——硅【讲述】“主角”两个字，足以看出硅的地位。可以这么说，没有感光材料，无法留下青春的回忆，没有高纯度晶体硅，就没有今天的奔腾处理器，没有含硅的新型材料，就没有神舟系列。【投影】课本p46图3-1【讲述】硅在地壳中的含量居第二，仅次与氧。硅是一种亲氧元素，地壳中大部分的岩石、沙子和土壤是由硅的氧化物及硅酸盐构成，约占地壳总量的90%以上。请观赏课本p74图4-1。阅图后，在元素周期表中找到硅，并且写出硅和碳的原子结构示意图。建议要求学生动手翻阅周期表，为元素周期表的形成积累感性材料【学生活动书写】CSi【讲述】它们最外层均为四个电子，既不容易得到也不容易失去，性质稳定。【学生思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同。【归纳总结】碳在自然界有稳定单质。硅总是与氧相互化合，硅元素在氧化性气氛包围的地球上，主要以SiO2及硅酸盐形式存在。【板书】1．二氧化硅SiO2【讲述】阅读课本P74-75的内容，大家对天然二氧化硅进行树型分类【学生活动】【资料展示】中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石亿吨。仅次于美国，居世界第2位。【讲述】请根据SiO2的存在和应用思考二氧化硅具有哪些物理性质？为什么SiO2和CO2的物理性质差异很大？化学稳定性如何？你的根据是什么？【学生活动】填写P76思考交流并发言【投影讲述】物理性质：熔点高、硬度大，化学稳定性好【学生活动】观察P75图4—2，认识“由Si和O原子直接构成二氧化硅，没有二氧化硅分子”，与“二氧化碳是由碳原子和氧原子组成的分子”作对比。【讲述】玻璃成分中含有二氧化硅。但可以用玻璃瓶来装酸、碱、盐试剂，这可以看出其化学性质稳定，不能够跟一般的酸发生反应，但HF除外。【板书】（1）不与酸反应，氢氟酸除外SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O【讲述】因为HF酸可以和SiO2反应，所以HF的保存就不能使用玻璃瓶，而用塑料或橡胶瓶，我们可以用这个性质在玻璃上雕刻花纹，量器上雕刻刻度等。【展示提问】装有NaOH的试剂瓶为什么使用的是橡胶塞？【学生讨论思考】【讲述】能和碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物。我们先将CO2和SiO2比较，CO2是酸性氧化物，所以它具有酸性氧化物的通性，即能与碱、碱性氧化物反应。SiO2也是酸性氧化物。【学生活动】书写二氧化碳和CaO反应的方程式，和NaOH反应的化学方程式，推测SiO2和CaO反应的方程式，和NaOH反应的化学方程式。【板书】（2）与碱性氧化物反应CO2+CaO＝CaCO3SiO2+CaOCaSiO3（3）与碱反应CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O通过对比的方法来加深学生对CO2和SiO2性质的理解，同时锻炼学生书写方程式能力【总结】二氧化硅是酸性氧化物。正是因为其能与NaOH发生反应，所以其瓶塞使用的是橡胶塞。【提问】CO2溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，它对应的酸是什么？如何制取？【学生分组实验4-1】试管中取3mlNa2SiO3溶液，滴入2滴酚酞，逐滴加入浓度为6mol/L的稀盐酸，边加边振荡，至红色变浅并接近消失时停止。【学生观察思考】现象：红色消失，生成白色凝胶结论：硅酸钠转化为硅酸反应：Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(胶体)＋2NaCl【演示】用激光笔演示丁达尔效应【板书】2．硅酸Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(胶体)＋2NaCl建议学生分组实验为佳，试管中得到晶莹剔透、果冻状的硅酸凝胶，学生能体会到兴奋和惊喜。实验中可提供给学生碳酸钙，创造实验开放度，学生分组实验能体现学生的不同层次，培养合作意识，操作技能、观察能力、分析问题的能力和语言表达能力也得到提高。若能制得CO2通入Na2SiO3溶液中，观察到白色胶状沉淀的生成，可加深对H2SiO3的酸性弱于碳酸的认识。【总结】三种化合物之间构成硅三角关系。【课堂练习】课本P80习题3，4，5，7，9。一点思考：必修教材的编写是以学生熟悉、感兴趣的地方入手，特别强调培养学生从感性认识逐渐升华为理性认识。教材中穿插大量的情景图片，便于学生的理解，需要学生理解的知识通过“思考与交流”来展现，而较为深奥的知识也是通过“科学视野”用浅显的语言娓娓道来。所以应认真思考对高一的学生教学，由于教学对象年龄和思维特点的限制，平时教学中所授内容知识层面不宜过度拔高，认为“高一学透，高三省事”的思维是不可取的。应该以强化双基为主要目的，教学内容要做到“条理清晰、重点突出、难点得当”。严格按教材中的教学目标完成教学任务，适当加强学生实验动手操作技能，对教材中涉及“科学探究”的内容要有选择的对学生进行能力培养，其中过于强调思维发散的知识可能还是要放在高二、高三来完成。[课外知识介绍]怎样制备硅酸溶胶和硅酸凝胶？硅酸是二元弱酸，酸性比碳酸还要弱。在可溶性的硅酸钠溶液里加入盐酸会出现三种情况：①形成稳定的硅酸溶胶；②形成不稳定的溶胶；③生成硅酸凝胶沉淀。硅酸钠与盐酸反应究竟生成何种状态，与反应混合溶液的pH有关。在室温下，经实验研究得出下列规律：(1)当pH3～5时，得到稳定的硅酸溶胶。加热该硅酸溶胶，也不易凝聚，难以形成硅酸凝胶。如果再缓慢继续向该溶胶里加入硅酸钠溶液，将酸碱度调为pH8～9时，即得白色胶状硅酸凝胶沉淀。(2)当pH6～7时，可以得到不稳定的硅酸溶胶，用这种溶胶做丁达尔胶体实验现象很明显。若将该硅酸胶体稍稍加热，就会立即得到硅酸凝胶。(3)当pH8～9时，能迅速生成稳定的无色硅酸溶胶，并迅速凝聚，使整个混合物凝结成一个果冻状的胶状物质。(4)当pH10～11时，溶液里主要是SiO32-离子，硅酸较少，不能形成硅酸溶胶。在实验过程中，要不断准确控制好溶液的酸碱度。通常是先制备稳定的硅酸溶液(pH3～5)，再逐滴