硅 教学设计.doc

无机非金属材料的主角──硅　教学设计

1．指导思想与理论依据
高中化学新课程着眼于学生发展、社会发展和学科发展的需要，强调密切联系社会生活实际，关注化学发展的前沿，注重化学与生活、社会、技术之间的相互影响和相互联系，高度重视实验与探究，倡导自主、探究、合作的学习方式。
因此，本节课在内容安排上突破传统的物质中心模式，不再追求元素化合物知识系统（存在、组成、结构、性质、制法、用途）的完整，而是注重STS教育，从学生已有的生活经验出发，引导学生学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。这样的学习顺序符合学生的认知规律，有利于学生的学习。
2． 教学内容分析
（1）主要内容
本课时位于化学必修1的第四章第一节，主要内容是二氧化硅和硅酸。本节课的主线是：
本节课重点介绍了硅酸凝胶的制取方法、硅胶的用途以及二氧化硅的重要性质和用途。
（2）地位与作用
硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章“金属及其化合物”内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，本节教学采用主线为“硅酸盐──硅酸──二氧化硅(硅的亲氧性)──硅单质(应用)”的纵向学习方法，有别于第三章的横向对比学习法，丰富了元素族概念及元素性质的递变规律的形成，为元素周期律、元素周期表的学习积累了丰富的感性材料，同时，也为以后学习选修模块2 “化学与技术”中的第三单元“化学与材料的发展”奠定了知识基础。
 本节内容与生产生活、材料科学、信息技术等联系较为密切，知识面广，趣味性强，能使学生真正认识化学在促进社会发展，改善人类的生活条件方面所起的重要作用，全面地体现了化学学科的社会应用价值。通过本节的学习，有利于贯彻STS教育的观点，激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。
 （3）教材处理
本节课从生活中常见的干燥剂入手，创设问题情景，激发学生的学习兴趣和求知欲，进而主动接受学习任务；通过探究实验，体验硅酸的制取，进一步了解硅胶和变色硅胶；通过对比碳和硅原子结构的相同点和不同点，认识二氧化硅的结构，采用比较的方法学习SiO2的化学性质，并把硅及其化合物在信息技术、材料化学等领域的应用和发展融合在性质的介绍中，从而让生活在信息技术时代的学生体会到常见硅及其化合物知识的价值，深刻理解硅成为无机非金属材料的主角的原因，激发学生对材料科学的兴趣和求知欲望，全面体现化学课程的科学教育功能。
本节课也为不同层次的学生设计了不同的教学目标，基础较弱的学生把重点放在课前的预习和课堂上的性质对比教学中，而学有余力的优秀学生可以在课后对课堂上没有深入研究的一些问题进行挖掘和拓展，如将硅及其化合物的结构理论知识、在材料领域中的应用等作为拓展性内容，通过查阅资料、讨论等方法进行更深入的学习。
 3．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
1．碳及其化合物的有关知识
2．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
3．学习了化学必修1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。
1．二氧化硅及硅酸的物理性质及主要用途
2．二氧化硅的主要化学性质
3．硅酸的制备原理
4．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。
 4． 教学目标设计
（1）基本目标
知识与技能：
 1．能说出二氧化硅和硅酸的物理性质；认识二氧化硅的主要化学性质。
2．认识硅酸的制备原理。
3．了解二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。
过程与方法：
1．通过对二氧化硅和硅酸性质的研究，学习利用实验和事实研究物质性质的方法。
 2．通过硅与碳的比较学习，进一步体验“比较”和“分析”的科学方法。
情感态度与价值观：
1．认识二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用，体会化学的实用性和创造性。
2．关注与化学有关的社会热点问题，激发学习化学的热情。
（2）发展性目标
知识与技能：
1．归纳二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。
   2．能通过互联网或其它途径查阅有关资料并作归纳概述。 
过程与方法：
1．学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性，促进对新旧知识进行归纳比较能力的发展。
2．通过二氧化硅和硅酸盐的学习，总结掌握学习元素化合物知识的一般方法。
3．通过查阅资料，培养自主学习、分析归纳的能力。
情感态度与价值观：
1．体会组成材料的物质性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对社会、生活产生的重要影响。
2．激发学生化学学习和研究的热情，赞赏化学对个人生活和社会发展的贡献。
（3）教学重点的分析与确定
教学重点：二氧化硅和硅酸的主要性质；二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用
确定的理由：硅及其化合物在非金属材料和信息技术等领域，在建筑、光电技术及航空航天等方面有广泛的应用，前景广阔、地位重要。通过了解二氧化硅和硅酸的主要性质及二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用，可使学生开阔眼界，了解化学与社会、生活、生产的联系，认识化学的重要性，激发学生的学习兴趣。
（4）教学难点的分析与确定
教学难点：二氧化硅的化学性质
确定的理由：高一学生还没有系统的学习过非金属的性质，不太会采用对比的方法学习二氧化硅的化学性质，也没有形成“结构决定性质、性质决定用途、制法等”的化学学科思想，因此，归纳和总结二氧化硅的化学性质是本节课的难点。
 5．教学过程
[导课]问题：
[问题]：请简要阅读课文后回答课文标题中“无机非金属材料的主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么？（学生回答：硅含量仅次于氧，硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分）展示投影：硅在地壳中的含量。
[问题]：硅又凭什么能做无机非金属材料的主角呢？引出原子结构来解释。
 请同学们翻到课本后的周期表查看硅在周期表的位置及结构。
[板书]         第四章 非金属元素及其化合物
[板书]        §4-1无机非金属材料的主角-硅
［讲述］硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量90％以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角的角色。
［问题］请画出碳和硅元素的原子结构示意图，对比有什么不同？推测硅单质的性质有哪些？
［学生阅读］Ｐ74中间自然段。
［回答］硅位于元素周期表ⅣＡ，与碳元素同族。原子最外层均有四个电子。硅同碳元素一样，其原子即不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。其中二氧化硅是硅的最重要的化合物。“最重要”三个字是如何体现呢？接下来具体进行了解二氧化硅有关性质。
［板书］一、二氧化硅和硅酸
［投影］金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。
［讲述］硅为亲氧元素，在地球上硅主要是以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在；而碳主要形成石灰岩和碳酸盐矿物，碳的氧化物二氧化碳通过光合作用进入以碳为骨架的有机世界。
［板书］１、二氧化硅（SiO２）
［讲述］地球上天然二氧化硅成为硅石，约占地壳质量的20％，存在形态有结晶性和无定性两种。
［投影］二氧化硅晶体模型：

这种能说明什么问题呢？展示“鸟巢”工程图片，产生一些联想对网状结构留下深刻印象。

［阅读］科学视野。
［讲解］将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以共价键结合，形成以该硅原子为中心的正四面体型结构，这种正四面体型结构向空间伸展，就形成了具有空间网状结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和两个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为1:2，SiO2只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在SiO2的小分子。
［展示］水晶与玛瑙示意图：

［讲述］水晶—石英中无色透明的晶体；具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。二氧化硅可用来做光导纤维。
［投影]

［讲述］石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。这些应用与二氧化硅的什么性质有关？
［板书］（１）物理性质：坚硬、难溶固体
实物展示：瓶塞被粘住一个试剂瓶。要学生来打开。结果不能打开，引发学生讨论。瓶塞被粘住的原因是什么？怎样才能打开？引出SiO2的化学性质。要学生找原因和对策。
展示：学校校友送给母校玻璃镜面上字（图片），字是怎样弄上去的？引起学生讨论。

［强调］酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与氢氟酸发生反应，这也是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。由此，我们可总结出二氧化硅的主要化学性质为：
［讲解并板书］二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物，与氢氧化钠生成了硅酸钠，而硅酸钠是粘胶剂，将瓶塞与试剂瓶粘在一起。
［思考］已知玻璃中含有SiO2，而硅酸钠又是一种粘合剂，回答为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ 
（２）化学性质：
SiO2与CO2化学性质的比较（学生做，教师补充）
物 质
二氧化硅(SiO2)
二氧化碳(CO2)
与水反应

与酸反应

与碱反应

与碱性氧化物反应

与碳反应

[板书] 1、酸性氧化物
SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O
SiO2+CaO  CaSiO3
2、氧化性：SiO2+2C Si+2CO（工业上用此反应制粗硅，这就是“从沙滩到用户”！）

3、特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O  （怎样保存HF ？塑料瓶）

4、在高温下与碳酸盐的反应（应用于玻璃生产）
SiO2 + Na2CO3  CO2↑ + Na2SiO3 
SiO2 + CaCO3  CO2↑ + CaSiO3

［过渡］刚才我们提到二氧化硅不能溶于水得到相应的酸——硅酸。那么，硅酸是怎样的一种酸？它怎样制得呢？下面我们就来学习这个问题。
［板书］２.硅酸(H2SiO3)
提出思考：硅酸（H2SiO3）能通过二氧化硅与水反应制得吗？为什么？  
引入：硅酸
 １、不溶于水，酸性比碳酸弱。
［实验４—１］试管中加入３～５ｍL Na2ＳiＯ3饱和溶液，滴入２～３滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边震荡，至红色变浅并接近消失停止，记录现象。
现象

结论

化学方程式
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓

２、制备：较强酸与可溶硅酸盐溶液

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓

Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3

硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，受热干燥失水。H2SiO3==H2O+SiO2
3、用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 
展示干燥剂，小结硅酸用途
［讲解］生成的H4SiO4叫原硅酸，是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。
［板书］ H4SiO4====H2SiO3+H2O
[小结]本节课你收获了什么？还有什么不明白的？还有哪些想知道的？
[作业]P80-81 1、3、5、7
[反思]
 附板书计划：
第四章 非金属元素及其化合物

第一节   无机非金属材料的主角—硅

一、二氧化硅和硅酸
１、二氧化硅 
⑴物理性质：坚硬、难溶固体       
 ⑵化学性质：                       
酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O   
SiO2+CaO CaSiO3         
氧化性：SiO2+2C Si+2CO                
特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O                     

２.硅酸(H2SiO3)  
⑴不溶于水，酸性比碳酸弱。 

⑵Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl

 Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

H4SiO4====H2SiO3+H2O