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、设计思想新课程倡导“生活化教学”、“探究性教学”、“互动对话教学”理念，新课程强调教学中知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三维目标融合。关注学生的已有生活和知识经验，突出学生的学习主动性，是本课教学设计的指导思想。本节课的内容与学生生活联系比较紧密，教师用含二氧化硅的实物、光导纤维、“中国芯”等，创设贴近学生生活的教学情竟，激发学生的学习热情和兴趣。主要采用了学生讨论、自学、教师引导、归纳，并同已学知识相比较的教学方法，目的是为了让学生更多地参予教学，并在学习的过程中培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力。由于在初中已学过有关碳及其化合物的知识，采用对比的学习方法，可以使学生温故而知新。二、教材分析本课时位于教材的第三个专题《从矿物到基础材料》，本专题以矿物资源中获得的重要无机基础材料为主线，重点介绍基础无机材料中所包含的常见元素的单质的冶炼原理，单质及其化合物的性质和用途，金属材料的防护等内容。本课时重点介绍了硅单质的冶炼原理，硅单质及二氧化硅的性质和用途。突破传统的物质中心模式，不再追求从结构、性质、存在、制法、用途等方面全面系统地学习和研究有关的物质，而是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。充分体现元素化合物与自然界和社会生活的密切联系，贯彻STS教育的观点，有利于激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。本课在初高中化学学习中起到承前启后的作用：能温故初中已学过有关碳及其化合物的知识，为高中必修2的元素周期律学习创造。三、学情分析从教材内容与初中的衔接上看，初中《科学》中已学过有关碳及其化合物的知识，学生能知道二氧化碳属于酸性氧化物，并能熟练书写特征化学反应方程式。只要教师能将二氧化硅与二氧化碳有效地对比，学生能掌握二氧化硅的化学性质，但对它们的差异及实质学生很难理解，教师必须创设有效情境，让学生探究、讨论。四、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。五、教学重点二氧化硅的主要化学性质。六、教学难点二氧化硅晶体结构，硅酸的性质及制备。七、教学流程八、教学过程[导课]问题：[问题1]：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。视频图片网络课件引入新课，提出问题学生分析二氧化硅物态学生自主归纳物理性质教师通过实物展示二氧化硅的状态、物性实验，归纳总结二氧化硅的物理性质教师做有关二氧化硅的化学性质实验开始分组讨论课件展示二氧化硅的化学性质，引出硅酸归纳二氧化硅的化学性质分组探究硅酸的性质课件展示硅酸的性质、布置作业归纳硅酸的物理性质及化学性质[问题2]：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§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3］：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+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+CaOCaSiO32、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↑+Na2SiO3SiO2+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３～５ｍLNa2ＳiＯ3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+SiO23、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]略九、随堂练习1.地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（）A.熔点很高B.与水反应生成对应的酸C.可与烧碱反应生成盐D.坚硬2.下列物质中，主要成分不是SiO2的是（）A.金刚砂B.玛瑙C.水晶D.石英3.要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（）A.纯碱溶液B.盐酸C.硫酸D.苛性钠溶液4.下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（）A.烧碱溶液B.浓硫酸C.氢氟酸D.碳酸钠溶液5.将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液，②Na2SiO3溶液，③Ca(OH)2溶液，④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是（）A.①②③④B.②④C.①②③D.②③6.下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（）A.稳定性：CO2SiO2B.酸性：H2SiO3H2CO3C.熔点：SiO2CO2(干冰)D.硬度：SiO2CO2(干冰)7.NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中（）A.具有玻璃塞的细口瓶B．具有玻璃塞的广口瓶C．带滴管的滴瓶D．具有橡胶塞的细口瓶[作业]：P80-811、3、5、7[反思]：略十、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—硅二氧化硅和硅酸１．二氧化硅２.硅酸(H2SiO3)⑴物理性质：坚硬、难溶固体⑴不溶于水，酸性比碳酸弱。⑵化学性质：⑵Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaC酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓SiO2+CaO===CaSiO3+Na2CO3氧化性：SiO2+2C===Si+2COH4SiO4====H2SiO3+H2O特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O