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、教学目标1.知识与技能目标了解硅在自然界中的含量、存在形式。掌握硅及其化合物（二氧化硅、硅酸、硅酸盐）的主要性质。认识硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用。2.过程与方法目标通过实验探究，培养学生的观察能力、分析能力和实验操作能力。通过对硅及其化合物性质的学习，引导学生运用对比、归纳等方法构建知识体系。3.情感态度与价值观目标体会硅及其化合物在人类文明发展中的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。培养学生的环保意识和社会责任感，关注与化学有关的社会热点问题。

二、教学重难点1.教学重点硅、二氧化硅的性质。硅酸的制备和性质。硅酸盐的丰富性和多样性。2.教学难点二氧化硅的结构和性质。硅酸盐组成的表示方法。

三、教学方法讲授法、实验探究法、讨论法、多媒体辅助教学法

四、教学过程

（一）课程导入（3分钟）展示图片：展示一些含有硅元素的无机非金属材料的图片，如电脑芯片、光导纤维、玻璃、陶瓷等。提问引导：同学们，这些材料在我们的生活中随处可见，它们都有一个共同的主角硅。硅作为无机非金属材料的主角，有着怎样独特的性质和用途呢？今天就让我们一起来深入学习《无机非金属材料的主角──硅》。

（二）硅在自然界中的存在（3分钟）讲解：硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，居第二位。硅在自然界中主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。展示图片：展示硅在自然界中的存在形式的图片，如石英砂、水晶、玛瑙等。

（三）硅单质（10分钟）1.硅的结构与物理性质讲解：硅原子最外层有4个电子，既不易失去电子也不易得到电子，主要形成四价的化合物。硅晶体的结构与金刚石类似，是具有正四面体网状结构的原子晶体。展示实物：展示硅晶体的实物模型，让学生观察其结构特点。总结物理性质：硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔点和沸点都很高，硬度也很大，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。2.硅的化学性质与氧气反应讲解：在加热条件下，硅能与氧气发生反应，生成二氧化硅。书写化学方程式：$Si+O_2\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}SiO_2$与氢氟酸反应实验演示：在培养皿中放入一小片硅，滴加适量氢氟酸，观察现象。现象：硅片逐渐溶解，有气泡产生。讲解：硅能与氢氟酸发生反应，生成四氟化硅气体和氢气。书写化学方程式：$Si+4HF=\!=\!=SiF_4↑+2H_2↑$与氢氧化钠溶液反应实验演示：将一小片硅放入盛有氢氧化钠溶液的试管中，观察现象。现象：硅片逐渐溶解，有气泡产生。讲解：硅能与氢氧化钠溶液反应，生成硅酸钠和氢气。书写化学方程式：$Si+2NaOH+H_2O=\!=\!=Na_2SiO_3+2H_2↑$3.硅的用途讲解：硅可用于制造半导体材料、太阳能电池等。展示图片：展示半导体芯片、太阳能电池板的图片，让学生了解硅在这些领域的应用。

（四）二氧化硅（12分钟）1.二氧化硅的存在与结构讲解：二氧化硅广泛存在于自然界中，如石英、水晶、玛瑙等的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子通过共价键结合而成的立体网状结构。展示模型：展示二氧化硅晶体的结构模型，让学生直观感受其结构特点。2.二氧化硅的物理性质讲解：二氧化硅是坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的二氧化硅是无色透明的。3.二氧化硅的化学性质与氢氟酸反应讲解：二氧化硅能与氢氟酸反应，这是二氧化硅的特性。书写化学方程式：$SiO_2+4HF=\!=\!=SiF_4↑+2H_2O$用途：利用此反应可以雕刻玻璃。与碱性氧化物反应讲解：二氧化硅能与碱性氧化物（如氧化钙）反应，生成硅酸盐。书写化学方程式：$SiO_2+CaO\stackrel{高温}{=\!=\!=}CaSiO_3$与强碱反应讲解：二氧化硅能与强碱（如氢氧化钠）反应，生成硅酸钠和水。书写化学方程式：$SiO_2+2NaOH=\!=\!=Na_2SiO_3+H_2O$提醒：实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞，就是因为二氧化硅与氢氧化钠反应生成的硅酸钠有黏性，会使瓶塞和瓶口黏在一起。4.二氧化硅的用途讲解：二氧化硅可用于制造光导纤维、玻璃、陶瓷、水泥等。展示图片：展示光导纤维、玻璃制品、陶瓷、水泥的图片，让学生了解二氧化硅在这些材料中的应用。

（五）硅酸（8分钟）1.硅酸的制备实验演示：向饱和硅酸钠溶液中滴加稀盐酸，观察现象。现象：有白色胶状沉淀生成。讲解：硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸，化学方程式为$Na_2SiO_3+2HCl=\!=\!=H_2SiO_3↓+2NaCl$。2.硅酸的性质讲解：硅酸是一种不溶于水的白色胶状物质，酸性比碳酸弱。实验演示：将二氧化碳通入硅酸钠溶液中，观察现象。现象：溶液变浑浊。讲解：发生反应$Na_2SiO_3+CO_2+H_2O=\!=\!=H_2SiO_3↓+Na_2CO_3$，说明碳酸酸性强于硅酸。3.硅酸的用途讲解：硅酸凝胶经干燥脱水后得到硅胶，硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作干燥剂和催化剂的载体。展示图片：展示硅胶干燥剂和硅胶催化剂载体的图片。

（六）硅酸盐（10分钟）1.硅酸盐的概念与表示方法讲解：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐的种类繁多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示其组成。举例说明：如硅酸钠（$Na_2SiO_3$）可表示为$Na_2O·SiO_2$，高岭土（$Al_2(Si_2O_5)(OH)_4$）可表示为$Al_2O_3·2SiO_2·2H_2O$。2.硅酸钠讲解：硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶。展示实物：展示硅酸钠溶液，让学生观察其外观。用途：硅酸钠可用于制备硅胶、木材防火剂等。3.常见的硅酸盐产品玻璃、陶瓷、水泥玻璃讲解：普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中高温熔融制得的。主要反应为$Na_2CO_3+SiO_2\stackrel{高温}{=\!=\!=}Na_2SiO_3+CO_2↑$，$CaCO_3+SiO_2\stackrel{高温}{=\!=\!=}CaSiO_3+CO_2↑$。展示图片：展示玻璃生产过程的图片以及各种玻璃制品。陶瓷讲解：陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成。展示图片：展示陶瓷生产过程的图片以及各种陶瓷制品。水泥讲解：水泥是以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉制成。展示图片：展示水泥生产过程的图片以及水泥制品。总结：玻璃、陶瓷、水泥是常见的硅酸盐产品，在生产、生活中有广泛的应用。

（七）课堂小结（3分钟）引导回顾：引导学生回顾本节课所学内容，包括硅在自然界中的存在、硅单质、二氧化硅、硅酸、硅酸盐的性质和用途等。总结强调：总结本节课的重点知识，强调硅及其化合物的重要性质和应用，以及氧化物形式表示硅酸盐组成的方法。

（八）课堂练习（5分钟）1.下列关于硅的说法不正确的是（）A.硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.当加热到一定程度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应2.下列物质中，主要成分不是二氧化硅的是（）A.石英B.水晶C.玛瑙D.硅酸钠3.能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（）A.二氧化碳溶于水生成碳酸，二氧化硅不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸B.在高温条件下，二氧化硅跟碳酸钠反应，生成硅酸钠和二氧化碳C.二氧化硅的熔点比二氧化碳高D.二氧化碳通入硅酸钠溶液中，生成白色胶状沉淀4.高岭土的组成可表示为$Al_2Si_2O_x(OH)_y$，其中x、y的值分别是（）A.7、2B.5、4C.6、3D.3、6参考答案：1.C2.D3.D4.B

（九）布置作业（2分钟）1.书面作业：完成教材课后练习题。2.拓展作业：查阅资料，了解新型无机非金属材料的种类和应用，并写一篇简短的报告。

五、教学反思通过本节