高中化學人教版第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角（市一等獎）

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角——硅（第一課時）一、本節(jié)教材分析《硅》既是第三章常見無機物及其性質等知識的繼續(xù)，又是非金屬及其化合物的開始，通過本節(jié)的學習也為學習元素周期律奠定了基礎。“硅”放在本章開篇如此重要的位置，關鍵就在“主角”這個詞上。在教學參考書上指明了“主角”的含義：硅及其化合物是學生在日常生活中所熟悉的物質，硅及其化合物在非金屬材料、信息技術、建筑、光電及航空航天等領域有著十分廣泛的應用，前景廣闊，地位非常重要。由于具有極高的應用價值，故教材承認了它在非金屬家族中的“老大”地位。通過硅及其化合物知識的學習，學生對生活中常見的物質將有進一步的了解與認識，既開闊眼界，又更加密切了化學與生活，化學與社會的聯(lián)系。硅是地殼中基本骨干元素，自然界巖石、土壤、沙子都主要以二氧化硅或硅酸鹽形式存在，玻璃、水泥、水晶等硅的化合物又是學生在日常生活中所熟悉的物質。硅及其化合物放在第一節(jié)，也體現(xiàn)了硅元素存在的普遍性和廣泛性。硅及其化合物單質硅及其化合物單質化合物氧化物硅含氧酸鹽含氧酸硅酸硅酸鈉復雜硅酸鹽二氧化硅親氧性半導體性與強堿反應硅酸鹽材料基礎不溶性、膠體性質黏膠劑、防火劑陶瓷、玻璃、水泥SiO2、硅酸鹽形式存在信息技術與光電材料本節(jié)內容編排也頗具特點，在順序上打破常規(guī)，先由大家熟悉的SiO2學起，認識了對應的硅酸，再學習對應的硅酸鹽，最后才介紹單質硅。先學習比較熟悉的硅的化合物，再學習單質硅的順序符合認知規(guī)律，有利于學生學習。本節(jié)課通過對物質的“存在和用途”的詳細介紹，從而讓學生理解了物質的性質。編排上新穎、實用，讓學生從感性認識升華到理性認識?！胺墙饘偌捌浠衔铩边@一章與第三章“金屬及其化合物”的知識體系明顯不同，第三章都是按照單質、氧化物、氫氧化物和鹽來分類，橫向地介紹重要的金屬及其化合物。而這里則是按照“物質的性質與用途間的關系”這樣一條主線，以元素為線索，突出了“結構決定性質，性質決定用途”。二、教學設計教學目標：☆知識與技能：1．知道硅是一種親氧元素，知道硅在自然界總是以與氧結合的形式存在。2．知道二氧化硅晶體的物理性質，了解二氧化硅晶體的結構對其物理性質的影響。3．知道二氧化硅能與氫氟酸、堿性氧化物、強堿反應，并能用化學方程式描述。4．能列舉二氧化硅的主要用途，知道石英、水晶、瑪瑙、光導纖維的主要成分為二氧化硅。5．知道硅酸是一種很弱的酸（酸性比碳酸弱）且難溶于水。知道硅膠是常用的干燥劑。6．了解硅酸的制備方法，認識強酸制弱酸的一般規(guī)律?！钸^程與方法：1．在碳和硅、二氧化碳和二氧化硅的性質比較活動中，體會分類、對比等學習方法。2．在二氧化硅物理性質的學習中深化結構決定性質的學科思維。3．在硅、二氧化硅的用途學習中，深入體會由用途分析性質的學科思想。☆情感態(tài)度與價值觀：1．通過豐富的教學素材和手段充分認識硅是無機非金屬材料的主角，體會“從沙灘到用戶”等說法的現(xiàn)實意義。2．通過了解硅材料發(fā)展的歷史與前景，認識化學在材料科學中的重要作用。教學重點：二氧化硅的性質教學難點：二氧化硅和NaOH的反應，硅酸的制備教學方法：對比法、討論法、講授法教學安排：（二課時）第一課時：二氧化硅、硅酸；第二課時：硅酸鹽、單質硅準備材料：多媒體圖片、激光筆、二氧化硅晶體立體結構模型、Na2SiO3溶液、酚酞試劑、6mol/L稀鹽酸、碳酸鈣。三、教學過程：（第一課時）【引入新課】美國的硅谷——位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長48公里，寬16公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界90％以上的著名半導體公司（思科、英特爾、惠普、朗訊、蘋果），半導體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。該地區(qū)客觀上成為美國高新技術的搖籃，現(xiàn)在硅谷已成為世界各國半導體工業(yè)聚集區(qū)的代名詞。也是高新科技的象征。2023諾貝爾獎物理獎，由號稱「光導纖維之父」、香港的高錕教授進行光導纖維科技與感光組件的研究，帶領人類走向科技飛躍的未來。1966年，高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文，首創(chuàng)性地提出光導纖維在通信上運用的基礎原理。簡略地說，只要解決好玻璃純度和成分等問題，就能夠應用玻璃制造光學纖維，從而高效傳輸信息。這一設想提出之后，有人稱之為匪夷所思，也有人對此大加褒揚。但在爭論中，高錕的假想逐步變成現(xiàn)實：利用石英玻璃制成的光纖使用越來越廣泛，全世界掀起了一場光纖通信的革命。這次一半的諾貝爾獎金由高錕獲得，他的繼續(xù)研究大幅突破了光在玻璃光導纖維中傳播的距離，可以讓光在光導纖維中傳播遠超過一百公里，遠遠超過當時實驗室最好的成果(約20公尺)。光導纖維在通訊領域上的應用跟我們當前的生活應用已經(jīng)是密不可分，例如網(wǎng)絡的高速傳送。大幅提高了我們的通訊質量?！窘處熤v述】硅如此重要，今天來學習硅及其化合物的知識?！景鍟繜o機非金屬材料的主角——硅【講述】“主角”兩個字，足以看出硅的地位?？梢赃@么說，沒有感光材料，無法留下青春的回憶，沒有高純度晶體硅，就沒有今天的奔騰處理器，沒有含硅的新型材料，就沒有神舟系列?！就队啊空n本p46圖3-1【講述】硅在地殼中的含量居第二，僅次與氧。硅是一種親氧元素，地殼中大部分的巖石、沙子和土壤是由硅的氧化物及硅酸鹽構成，約占地殼總量的90%以上。請觀賞課本p74圖4-1。閱圖后，在元素周期表中找到硅，并且寫出硅和碳的原子結構示意圖。建議要求學生動手翻閱周期表，為元素周期表的形成積累感性材料【學生活動書寫】CSi【講述】它們最外層均為四個電子，既不容易得到也不容易失去，性質穩(wěn)定。【學生思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同?！練w納總結】碳在自然界有穩(wěn)定單質。硅總是與氧相互化合，硅元素在氧化性氣氛包圍的地球上，主要以SiO2及硅酸鹽形式存在?！景鍟?．二氧化硅SiO2【講述】閱讀課本P74-75的內容，大家對天然二氧化硅進行樹型分類【學生活動】【資料展示】中國硅藻土資源豐富。全國10個省(區(qū))有硅藻土礦產出。探明儲量的礦區(qū)有354處，總保有儲量礦石億噸。僅次于美國，居世界第2位。【講述】請根據(jù)SiO2的存在和應用思考二氧化硅具有哪些物理性質？為什么SiO2和CO2的物理性質差異很大？化學穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？【學生活動】填寫P76思考交流并發(fā)言【投影講述】物理性質：熔點高、硬度大，化學穩(wěn)定性好【學生活動】觀察P75圖4—2，認識“由Si和O原子直接構成二氧化硅，沒有二氧化硅分子”，與“二氧化碳是由碳原子和氧原子組成的分子”作對比。【講述】玻璃成分中含有二氧化硅。但可以用玻璃瓶來裝酸、堿、鹽試劑，這可以看出其化學性質穩(wěn)定，不能夠跟一般的酸發(fā)生反應，但HF除外?！景鍟浚?）不與酸反應，氫氟酸除外SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O【講述】因為HF酸可以和SiO2反應，所以HF的保存就不能使用玻璃瓶，而用塑料或橡膠瓶，我們可以用這個性質在玻璃上雕刻花紋，量器上雕刻刻度等?！菊故咎釂枴垦b有NaOH的試劑瓶為什么使用的是橡膠塞？【學生討論思考】【講述】能和堿反應生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物。我們先將CO2和SiO2比較，CO2是酸性氧化物，所以它具有酸性氧化物的通性，即能與堿、堿性氧化物反應。SiO2也是酸性氧化物?！緦W生活動】書寫二氧化碳和CaO反應的方程式，和NaOH反應的化學方程式，推測SiO2和CaO反應的方程式，和NaOH反應的化學方程式?！景鍟浚?）與堿性氧化物反應CO2+CaO＝CaCO3SiO2+CaOCaSiO3（3）與堿反應CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O通過對比的方法來加深學生對CO2和SiO2性質的理解，同時鍛煉學生書寫方程式能力【總結】二氧化硅是酸性氧化物。正是因為其能與NaOH發(fā)生反應，所以其瓶塞使用的是橡膠塞?！咎釂枴緾O2溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，它對應的酸是什么？如何制??？【學生分組實驗4-1】試管中取3mlNa2SiO3溶液，滴入2滴酚酞，逐滴加入濃度為6mol/L的稀鹽酸，邊加邊振蕩，至紅色變淺并接近消失時停止?！緦W生觀察思考】現(xiàn)象：紅色消失，生成白色凝膠結論：硅酸鈉轉化為硅酸反應：Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(膠體)＋2NaCl【演示】用激光筆演示丁達爾效應【板書】2．硅酸Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(膠體)＋2NaCl建議學生分組實驗為佳，試管中得到晶瑩剔透、果凍狀的硅酸凝膠，學生能體會到興奮和驚喜。實驗中可提供給學生碳酸鈣，創(chuàng)造實驗開放度，學生分組實驗能體現(xiàn)學生的不同層次，培養(yǎng)合作意識，操作技能、觀察能力、分析問題的能力和語言表達能力也得到提高。若能制得CO2通入Na2SiO3溶液中，觀察到白色膠狀沉淀的生成，可加深對H2SiO3的酸性弱于碳酸的認識?！究偨Y】三種化合物之間構成硅三角關系?！菊n堂練習】課本P80習題3，4，5，7，9。一點思考：必修教材的編寫是以學生熟悉、感興趣的地方入手，特別強調培養(yǎng)學生從感性認識逐漸升華為理性認識。教材中穿插大量的情景圖片，便于學生的理解，需要學生理解的知識通過“思考與交流”來展現(xiàn)，而較為深奧的知識也是通過“科學視野”用淺顯的語言娓娓道來。所以應認真思考對高一的學生教學，由于教學對象年齡和思維特點的限制，平時教學中所授內容知識層面不宜過度拔高，認為“高一學透，高三省事”的思維是不可取的。應該以強化雙基為主要目的，教學內容要做到“條理清晰、重點突出、難點得當”。嚴格按教材中的教學目標完成教學任務，適當加強學生實驗動手操作技能，對教材中涉及“科學探究”的內容要有選擇的對學生進行能力培養(yǎng)，其中過于強調思維發(fā)散的知識可能還是要放在高二、高三來完成。[課外知識介紹]怎樣制備硅酸溶膠和硅酸凝膠？硅酸是二元弱酸，酸性比碳酸還要弱。在可溶性的硅酸鈉溶液里加入鹽酸會出現(xiàn)三種情況：①形成穩(wěn)定的硅酸溶膠；②形成不穩(wěn)定的溶膠；③生成硅酸凝膠沉淀。硅酸鈉與鹽酸反應究竟生成何種狀態(tài)，與反應混合溶液的pH有關。在室溫下，經(jīng)實驗研究得出下列規(guī)律：(1)當pH3～5時，得到穩(wěn)定的硅酸溶膠。加熱該硅酸溶膠，也不易凝聚，難以形成硅酸凝膠。如果再緩慢繼續(xù)向該溶膠里加入硅酸鈉溶液，將酸堿度調為pH8～9時，即得白色膠狀硅酸凝膠沉淀。(2)當pH6～7時，可以得到不穩(wěn)定的硅酸溶膠，用這種溶膠做丁達爾膠體實驗現(xiàn)象很明顯。若將該硅酸膠體稍稍加熱，就會立即得到硅酸凝膠。(3)當pH8～9時，能迅速生成穩(wěn)定的無色硅酸溶膠，并迅速凝聚，使整個混合物凝結成一個果凍狀的膠狀物質。(4)當pH10～11時，溶液里主要是SiO32-離子，硅酸較少，不能形成硅酸溶膠。在實驗過程中，要不斷準確控制好溶液的酸堿度。通常是先制備穩(wěn)定的硅酸溶液(pH3～5)，再逐滴