Question

求化学高一必修《无机非金属材料的主角-硅》的教学设计

Answer 1

第四章 非金属及其化合物
课程标准：
通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。

第一节 无机非金属材料的主角——硅
（第一课时）
教学目标：
1．使学生了解硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质；
2．引导学生对比学习硅的化合物（二氧化硅及硅酸）与碳的化合物（二氧化碳及碳酸），培养学生联系、对比、归纳总结的学习方法；
3．使学生了解二氧化硅和硅酸在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣。
教学重点、难点
重点：二氧化硅的性质
难点：硅酸的性质

教学环节 教 师 活 动 学 生 活 动
新课导入 从电脑的芯片、光导纤维、水泥、玻璃和瓷砖等日常生活中的实例引入硅及其化合物。

新

知

学

习 自学讨 论 指导学生阅读，并给出知识整理表格及思考题。
周期表中的位置 原子结构
示意图 在自然界
中的存在
碳
硅
阅读教材P62第1、2、3自然段及资料卡片内容，填表完成知识整理，然后思考讨论：碳和硅在自然界中的存在形式不同的原因是什么？
归纳整 理 检查小结
（1）两元素的共性：在化学反应中其原子既不易失电子也不易得电子，主要形成共价（四价）化合物。
（2）存在差异：硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，而碳却没有此特点。
承上启 下 二氧化碳具有哪些重要的性质呢？ 物理性质：CO2是一种 色 体，
溶于水，固态CO2俗称 。
化学性质：
CO2 + H2O ―
CO2 + NaOH ―
CO2 + CaO ―
思考交 流 提示：
二氧化硅也是一种酸性氧化物 由CO2的性质推测SiO2可能具有哪些重要的性质？
归纳整 理 检查小结
SiO2是一种酸性氧化物，可能与水反应生成相应酸；与碱反应生成盐和水；与碱性氧化物反应生成盐。
自学讨 论 指导学生阅读教材有关内容，并给出问题 阅读教材P63及P64有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与上述推导一致吗？有没有不同的表现？请举例说明
归纳整 理 检查小结
与上述推断不完全相同。不同表现是：SiO2是一种难熔固体，不溶于水。正是因为SiO2不溶于水，所以不能直接与水反应生成硅酸，但常温下除能与氢氧化钠溶液反应外，还能与氢氟酸反应生成SiF4气体和水。 完成下列反应的化学方程式,并指明反应的类型：
SiO2 + NaOH —
SiO2 + CaO —
SiO2 + HF —
自学讨 论 指导学生阅读教材有关内容，使其了解二氧化硅的结构和用途。 （1）阅读教材P63：科学视野内容，认识SiO2的结构
（2）观察教材P63～P64上的图4—3、图4—4和图4—5，了解SiO2用途，并了解用途与性质间的关系。
归纳整 理 （1）SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例所组成的立体网状结构，基本单元是[SiO4]的正四面体结构。
（2）SiO2性质主要表现在：它是一坚硬、难熔的固体，不溶于水，化学性质非常稳定。
SiO2的这些性质是由其立体网状结构决定的。
应用与实践 （1）实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么要用橡皮塞而不用玻璃塞？
（2）有人认为SiO2既能和碱反应又能和酸反应，所以应认为它是一种两性氧化物。你同意这种看法吗？
归纳整 理 检查小结
（1）因为SiO2易与强碱溶液反应，生成硅酸钠使试剂瓶受腐蚀，同时生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的粘结性，易使瓶塞粘在一起而难以开启。
（2）不同意这种看法。
知识梳 理 给出下列表格，比较性质异同
CO2 SiO2
能否与水反应
能否与氧化钙反应
能否与氢氧化钠溶液反应
能否与氢氟酸反应
能否与碳反应 参看课后习题4

思考交 流 指导学生阅读教材有关内容，给出问题 阅读教材P64最后一自然段，思考讨论下列问题：
（1）硅酸与盐酸比较，谁的酸性强？你是根据什么现象判断出来的？
（2）硅酸与碳酸比较又会怎样呢？
实验探 究 提示：
酸与盐反应规律之一是较强的酸能制出更弱的酸。 完成实验4—1，并填写教材P65相关表格。
补充实验：往一定量的饱和硅酸钠溶液中通入足量的CO2，观察现象。该现象说明了什么？
归纳整 理 检查小结
硅酸的酸性比盐酸和碳酸的酸性都弱。这是根据往硅酸钠溶液中滴加盐酸或通入足量的CO2后，产生不溶于水的硅酸判断出来的。
应用与实践
写出以SiO2为原料制备硅酸的化学方程式
自学释 疑
结合实验4—1，阅读教材P64最后一自然段，归纳总结硅胶的制备方法及其重要应用。
归纳整 理 制备方法：

加适量盐酸或通入足量CO2 干燥脱水
硅酸钠溶液 硅酸溶胶 硅胶
用途：常用作干燥剂、催化剂的载体。
板书设计 一、二氧化硅和硅酸
1、二氧化硅 2、硅酸
（1）用途 （1）制备
（2）物理性质 （2）性质
化学性质 （3）用途

Answer 2

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无机非金属材料的主角——硅 教学设计

广州培英中学化学科 李桂萍

教学目标：

【知识与技能】

1．了解硅元素在自然界中的存在形式；

2．知道二氧化硅的性质；

3．了解硅酸的性质及制法，了解硅酸钠的性质；

4．知道硅、二氧化硅的在信息技术、材料科学等领域的应用。

【过程与方法】

1．帮助学生学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性，促进学生对新旧知识进行归纳比较能力的发展。

2．通过硅及其化合物等内容体现从物质的结构猜测物质的性质，推出物质的用途的思维过程，建构“结构——性质——用途”学习的共同模式，。

3．本节多数内容属于了解层次，部分段落阅读自学，提高的阅读能力、收集资料能力、自学能力和语言表达能力。

【情感态度与价值观】

1．用硅给现代人类文明进程所带来的重大影响（从传统材料到信息材料），为学生构架一座从书本知识到现代科技知识和生活实际的桥梁。开阔学生眼界，提高科技文化素养，理解更多的现代相关科学理论与技术；

2．促进学生逐渐形成正确的科学社会观，学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境，资源再生及研究、探索、发现新材料等与现代社会有关的化学问题，提高学生社会责任感。

【教学重点】二氧化硅的主要化学性质。

【教学难点】二氧化硅晶体结构

【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〕碳和硅元素结构上又和碳有什么不同？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

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]略

[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 2.硅酸(H2SiO3)

⑵化学性质： ⑴不溶于水，酸性比碳酸弱。

酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O ⑵Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl

SiO2+CaO===CaSiO3 Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

氧化性：SiO2+2C===Si+2CO H4SiO4====H2SiO3+H2O

特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O