2-4：《无机非金属材料的主角-硅》-教学设计

无机非金属材料的主角――硅教学设计一、知识要点梳理二、教学目标1、知识与技能：（1）了解硅在自然界中的存在形式、含量和用途；（2）了解硅和二氧化硅的性质，认识硅和二氧化硅的用途；（3）了解硅酸的性质及制备方法；（4）知道硅酸盐的组成、重要性质及其用途；（5）探索非金属的性质和非金属的原子结构之间的关系，进一步熟悉从实验的角度探索和认识物质的化学性质的本领；2、过程与方法：（1）图片、视频，把化学与生活结合起来，以直观的方式，加深对知识的学习，提高掌握知识、运用知识的能力，并体验通过联系生活实际及实验解决化学问题，揭示物质性质的过程与方法；（2）学会运用对比方法来认识物质的共性和个性，加强对知识的迁移和类比能力；（3）通过“结构——性质——用途”的学习模式，逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法；（4）本节部分内容属于了解层次，通过资料探究，掌握归纳总结学习的方法；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，联系硅结构与用途的必然联系。教学难点：（1）硅化合物的丰富性和多样性（2）通过资料探究，学生自主学习硅的知识。四、教学方法自主学习

教学点拨

对比发现

实验探究五、课时安排2课时六、教学用具多媒体工具实验用品七、教学过程第一课时学生活动教学意图倾听、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明确教学内容学生对图片非常感兴趣，交头议论。从感性上让学生接触学习内容，激发学习兴趣回答：硅引出主题思考、回答、交流学生画出碳和硅的原子结构示意图：+6C：+624+14Si:+14284倾听思考比较巩固元素知识，通过对比学习，加深学习印象阅读，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”观察SiO2和CO2的结构，通过老师分析点拨得出结论讨论SiO2具有哪些物理性质，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SiO2和CO2的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察归纳总结的能力联系生活，加深认识图片呈现更直观，深刻观察、比较，了解SiO2晶体结构，并认识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：SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱反应、与碱性氧化物反应回忆

倾听、学会书写SiO2与氢氟酸反应的化学方程式通过讨论思考得出：由于常温下SiO2可与强碱溶液反应，生成粘结性的硅酸钠溶液，可将磨口玻璃塞与瓶口粘在一起，所以实验室盛装NaOH溶液的玻璃试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞。实验室中氢氟酸应保存在塑料瓶中。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学习的能力了解并认识到物质的特性提高解决问题的能力【过渡】我们知道CO2能溶于水形成碳酸(H2CO3)，而SiO2不溶于水且不与水反应，但SiO2也存在其相对应的含氧酸——硅酸(H2SiO3)。【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，受热时可分解生成SiO2和水。

化学方程式如下：Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2OH2SiO3H2O+SiO2硅酸可用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。生成的H2SiO3聚集成硅酸溶胶；硅酸浓度大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常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3～5mLNa2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，观察现象。

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12实验现象溶液呈红色先形成硅酸胶体，后有白色沉淀生成结论Na2SiO3溶液显碱性Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaOH实验结果分析：

（1）步骤1中溶液呈红色，是因为Na2SiO3溶液中的SiO32－水解，使溶液呈碱性。

SiO32－+2H2OH2SiO3+2OH－

（2）步骤2中先生成硅酸胶体，后聚集成硅酸沉淀。

【知识拓展】把稀硫酸加入到硅酸钠溶液中会有什么现象？现象滴入硫酸有硅酸凝胶产生结论硅酸难溶于水方程式Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4阅读课本P64-65倾听、思考阅读实验，通过老师实验观察实验现象，思考交流，并通过实验现象得出实验结论观察、讨论，完成表格思考讨论并观察实验完成表格了解相关内容即可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究能力

使学生学会分析实验并从实验中得出结论形成知识拓展、知识牵连培养学习能力和思考运用能力第二课时教师活动学生活动教学意图【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【实验探究4-2】实验步骤：取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液后），同时分别放置在酒精灯外焰外。

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，而被饱和Na2SiO3溶液浸透的小木条或滤纸条则不会着火燃烧。

实验结论：Na2SiO3可用作防火剂。【总结】（1）Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，呈碱性。(2)NaSiO3可作胶黏剂、防火剂。(3)Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3回忆、倾听观看、了解倾听思考观察实验分析实验讨论结果引入新课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

【资料卡片阅读】引导学生阅读P67资料卡片【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：

硅酸钠：Na2O·SiO2石棉：CaO·3MgO·4SiO2

长石：K2O·Al2O3·6SiO2黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O

【练习】写出（1）高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4（2）三硅酸镁：Mg2Si3O8·nH2O阅读倾听、思考练习通过自主阅读与老师点拨讲解，结合学习，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（3）水泥（4）其它含硅的产品①碳化硅（SiC）②硅钢③硅橡胶④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。阅读，并了解了解硅酸盐产品感受硅酸盐的用途广泛性使学生体会科学技术的发展【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灰黑色固体，熔点高、硬度大，有脆性，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，可与氧气、氯气等反应。反应方程式如下：Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+O2SiO2Si+2Cl2SiCl4

【设问】我们知道自然界中无游离态硅，那如何得到单质硅呢？【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。SiO2＋2C=Si（粗硅）＋2CO↑第二步：与氯反应：Si＋2Cl2＝SiCl4(温度为400～500℃)第三步：生成的SiCl4液体通过精馏，除去其中的硼、砷等杂质，然后用氢气还原：SiCl4＋2H2Si＋4HCl【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】展示硅的用途倾听记忆回忆、思考倾听、笔记结合图片，运用回忆所学相关知识回应、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硅的工业制法【总结】总结本节所学内容回忆、思考巩固所学知识【课堂练习】1、下列有关物质的用途（括号中为用途）错误的是（）（A）锗和硅（半导体材料）（B）二氧化硅（制光导纤维）（C）水玻璃（用作粘合剂）（D）原硅酸（用作耐火材料）2、将过量的二氧化碳分别通入①氯化钙溶液②硅酸钠溶液③次氯酸钙溶液④饱和碳酸钠的溶液，最终溶液中有白色沉淀析出的是（）（A）①②③④（B）②④（C）①②③（D）②③④3.假设SiO2晶体中的Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被取代时，可形成正长石的主要成分，则正长石的主要成分的化学式为（）A．KAlSi3O8B．KAlSi2O6C．KAlSiO4D．KAlSi4O104．当下列物质分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是（）①大理石②钟乳石③锅垢④贝壳⑤蛋壳A．只有①②B．只有④⑤C．只有①②③D．①②③④⑤5.下列说法中能反映酸性氧化物最本质特点的是（）A．酸性氧化物是可与水化合成酸的氧化物B．酸性氧化物是电解质，在水溶液中能电离出H+C．酸性氧化物一定是非金属氧化物D．酸性氧化物是与碱反应生成对应的盐和水的氧化物教学过程：环节教师活动学生活动设计思想导入【导入】在第三章金属及其化合物学习的基础上，我们今天继续学习非金属及其化合物。【板书】第四章非金属及其化合物【导入】我们知道，漫长的人类文明发展史中，先后经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代等，这些时代都以材料为名称，可见材料在科技进步和生产力发展中的重要意义。在科技高达发达的今天，材料更是科学发展的物质基础和保障。【板书】第一节无机非金属材料的主角——硅观看。思考。利用学科相互渗透的结合点，并结合学生生活实际，加深学生对材料的重视，激发学生学习和研究的兴趣。硅元素【提问】在你的记忆里，有哪些硅的知识？【简要归纳】元素符号、第14号元素、核外电子排布、在地壳中含量、是沙子的主要组成元素、在电子电路中应用广泛、半导体。【情景设置】播放视频《硅的世界》。【展示】视频中涉及的含有硅元素的材料。【提问】和硅最相似的元素是什么？相似在哪些地方？【讲解】C与Si比较。向学生介绍三个数据26.3%、12%、90%的含义，并进一步分析。【启发】通过数据，可分析出自然界中没有游离的硅，硅是一种亲氧元素。思考，回答。发言。思考，回答。看书，回答。寻找学生最近发展区和知识的生长点。减少学生对新内容的陌生感。通过视频加深学生感性认识。联系既有知识，渗透类比的科学探究及学习方法。二氧化硅【板书】一、二氧化硅【合作探究】阅读课文及学案后面的《资料卡片》，从下列物质中挑选出主要成分为SiO2的材料，填写《学案》练习一的表格。【讲解】结合水晶、石英图片和光纤的视频。存在。石英、水晶。【展示】二氧化硅的结构图和视频。引导学生分析其物理性质与结构的关系。引导学生归纳表中的性质。【提问】与CO2对照，两者进行性质比较。推测SiO2化学性质。【学生练习】书写CO2和SiO2分别与水、NaOH、CaO的反应方程式（能够发生反应的）。(1)与NaOH溶液反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(2)与CaO反应SiO2+CaO高温CaSiO3【提问】实验室中碱溶液或碱性溶液为什么不用玻璃塞？向学生出示刻有文字的玻璃片，问字是如何刻上去的？(3)能与HF气体或HF酸反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O分析其用途。【视频、图片】HF刻蚀玻璃。对比：金刚石刻划玻璃是物理变化，利用的是金刚石的硬度大。【板书】1、存在2、物理性质3、化学性质小组合作。自学、讨论。完成表格。都是氧化物，都具有酸性氧化物一般通性，化学性质有相似性。分析能否发生反应，书写反应方程式。思考、回答。听讲或回答。听讲。观看，思考。。调动学生参与教学环节。培养学生提炼信息及小组合作的能力。利用物质分类思考，同类物质具有的相似性进行类比，培养学生类比的科学探究方法。联系实际，用新知识解决旧问题，让学生产生成就感。通过生动的视频帮助学生产生直观感受，便于理解新知识。硅酸【过渡】既然SiO2不能与水直接化合，那硅酸该如何制取？【讲解】硅酸的性质。【板书】二、硅酸性质：白色固体。难溶于水，弱酸。【提问】如果向Na2SiO3溶液中加入稀盐酸，可能出现什么现象？【学生实验】向Na2SiO3溶液中滴加几滴酚酞，再加入稀盐酸。【提示】对照Na2CO3溶液中加入稀盐酸。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl思考。回答用强酸制弱酸的方法。设计方案。预测实验现象。学生实验。观察、分析、讨论现象。利用预测和实际现象不同激发学生探究兴趣，培养科学精神和科学态度。【提问】对硅胶有什么了解？①

硅胶干燥剂。

【展示】实验室常用的变色硅胶干燥剂。

分析硅胶干燥的原理及变色原理、使用方法。思考、讨论、回答。观看。联系实验室用品和生活实际，加深学生对知识的认识和对客观世界的了解。总结本节课我们学习了：硅元素在自然界中存在形式及广泛应用；二氧化硅的广泛应用、物理性质、化学性质；硅酸的基本性质、制备方法及应用。材料是科学发展、科技进步、生产力提高的物质基础。作为非金属材料的主角，硅功不可没！听讲。简要回顾所学内容，及时巩固，给学生留下知识的整体印象。资料卡片资料一：硅元素

硅的英文名称silicium来自拉丁文silicis，原意是燧石。我国曾翻译为矽，因与锡同音而改为硅。

硅是地壳中第二个含量最多的元素，仅次于氧。硅和氧这两种最多的元素形成的化合物，几乎“垄断”了地壳。大部分岩石和砂子中都含有二氧化硅或硅酸盐。

熔化的岩浆，冷却后生成花岗岩、辉长岩中含有大量的硅元素。长石、云母、石棉、滑石等矿石主要成分都是硅酸盐。

硅在常温下比较“文静”，但在熔融状态就变得特别活泼好动，能和许多物质发生化学反应，所以在自然界中人们从来没有发现过单独存在的硅。资料二：二氧化硅

纯净的二氧化硅晶体叫做石英。石英在1600℃熔化成粘稠液体，内部变为无规则形态，再遇冷时，因为粘度大而不易再结晶，成为石英玻璃。它有很多特殊的性质，如能让可见光和紫外光通过，可用它制造紫外灯和光学仪器；石英膨胀系数很小，相当于普通玻璃的1/18，能经受温度的剧变，耐酸性能好，因此，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。

水晶是无色透明的石英晶体，常呈完好的晶形。可用作工艺雕刻品、水晶项链等饰品的材料。

世界上最大的水晶单晶体产于巴西，长5.5m，宽2.5m，重40余吨。世界上最大的优质水晶球直径21cm，重107磅，产于缅甸，整个球纯净无瑕，清澈如水，现存于美国华盛顿斯密逊博物馆。资料三：光导纤维从高纯度的二氧化硅或称为石英玻璃熔融体中，拉出直径约为100µm的细丝，称为石英玻璃纤维。普通玻璃在传输过程中光损耗很大，用石英玻璃纤维光损耗大为降低，故这种纤维称为光导纤维，是精细陶瓷的一种。利用光导纤维可进行光纤通信。激光的方向性强、频率高，是进行光纤通信的理想光源。光纤通信与电波通信比较，光纤通信能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的需要。在实际使用时，常把千百根光导纤维组合在一起并加以增强处理，制成像电缆一样的光缆，这样既提高了光导纤维的强度，又大大增加了通信容量。光缆有质量轻、体积小、结构紧凑、绝缘性好、寿命长、输送距离远、保密性好、成本低等优点。光纤通信与数字技术及计算机结合起来，可以用于传送电话、图像、数据、控制电子设备和智能终端等，起到部分取代通信卫星的作用。光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，对诊断、医治各种疾病极为有利。

光纤光缆普通电缆每根光缆可同时通过10亿路电话8管同轴电缆，每条通话1800路原料来源广资源较少质量轻，不怕腐蚀，铺设方便质量大，怕腐蚀抗电磁干扰，保密性好，不发生电辐射不抗电磁干扰，发生电辐射资料四：硅胶化学式xSiO2·yH2O。透明或乳白色粒状固体。具有开放的多孔结构,吸附性强,能吸附多种物质。如吸收水分,吸湿量约达40%。如加入氯化钴,干燥时呈蓝色,吸水后呈红色。可再生反复使用。一般来说，硅胶按其性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶两大类。无机硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸