无机非金属材料的主角—硅教案设计.doc

无机非金属材料的主角硅一.教材分析 材料是人类生活和生产活动的重要物质基础，而硅这种材料在现代信息社会发挥着尤为重要的作用，本节教材以硅单质及其化合物的性质作为主要内容，介绍了硅、二氧化硅的性质，硅单质的制法，硅、二氧化硅在计算机及通信等高技术领域的应用，与传统教材相比，本教材加大了各种材料在社会生活中应用介绍的力度，对于培养学生的科学素养有着重要意义。二 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碳及其化合物的有关知识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学习了化学必修第三章“金属及其化合物”的内容，具备了一定的元素化合物知识二氧化硅及硅酸的物理性质及主要用途二氧化硅的主要化学性质硅酸的制备原理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。三教学目标1.知识与技能（1）了解硅及其化合物(以二氧化硅为主)在信息技术、材料科学领域中的应用。(2) 了解硅酸盐的丰富性和广泛性。（3）掌握硅及其化合物(以二氧化硅为主)的性质和用途，了解硅酸盐的丰富性和广泛性。(4)了解硅及其化合物(以二氧化硅为主)在自然界中的广泛存在及其存在形式和生产中的应用及其对环境的影响。(5)掌握硅酸制取，并能应用强酸制弱酸的化学原理进行实验设计的思维方式。(6)巩固和提高分析、设计、操作、观察、记录、归纳实验的能力。2过程与方法目标（1）通过对玻璃制造原理的分析，初步建立从化学角度认识材料，从材料角度学习化学的研究主线。（2）通过对硅胶、水玻璃、太阳能电池板等材料的认识，进一步形成从材料的角度学习物质的性质的一般思路。（3）在学习过程中初步学会运用分类、实验、比较、归纳等方法和手段。 3、情感态度与价值观：（1）通过课本及课件中大量的精美图片、实物、相应的化学实验现象感受到化学科学的魅力及化学对人类生产、生活的贡献，激发学习的兴趣，陶冶热爱科学的情感；（2）通过扩展学习，扩大科学视野，并把化学与生活结合起来，增强学习化学的好奇心；三、 重难点1.教学重点：（1）硅和二氧化硅的性质。（2）以生活的事例为切入点，联系硅结构与用途的必然联系。(3) 以材料为载体学习硅及其化合物的性质2.教学难点：（1）硅化合物的丰富性和多样性（2）通过资料探究，学生自主学习硅的知识。(3)从材料的角度建立研究物质性质的基本思路四教学过程与教学资源设计 教师活动学生活动教学意图【导入】上一章我们已经学过金属及其化合物的知识，了解了金属在人类社会发展中的重要作用。而非金属与金属一样，与人类关系也十分密切，这节课开始我们进入非金属的殿堂。倾听、回忆、联系使学生通过前后知识的联系对元素及其化合物知识体系有大致了解【板书】第四章 非金属及其化合物明确教学内容【图片展示】展示硅的各种图片以及硅的多种用途学生对图片非常感兴趣，交流议论。从感性上让学生接触学习内容，激发学习兴趣【引言】看到这么多的图片，从自然到生活，从工业到科技，从原子到宇宙航天大家发现没有这些图片都集中反映了一种物质，这是什么呢？回答：硅引出主题【板书】第一节无机非金属的主角硅【设问】地壳中含量做多的元素是什么？其次又是什么？【讲述】硅在地壳中含量仅次于氧，为26.3%，处于第二位。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。刚才我们已经看到了很多关于硅的图片，我们知道，从古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着重要角色。思考与交流为什么硅的用途这么广泛呢？我们经常说结构决定性质，那么，硅的性质与它的结构有什么必然联系没有呢？碳与硅在自然界中的存在的形式为何不同？提问 你能画出碳和硅原子结构示意图，并归纳出硅与碳在元素周期表中的位置与结构吗？【讲述】硅位于元素周期表中第IVA族碳的下方。碳和硅的原子最外层均有四个电子，二者既相似又不同。碳是构成有机物的主要元素，而硅是构成岩石和许多矿物的基本元素。硅和碳一样，其原子既不易失去又不易得到电子，主要形成四价化合物。思考、回答、交流学生画出碳和硅的原子结构示意图，并归纳出硅与碳在元素周期表中的位置与结构+6 C： 2 4+14 Si: 2 8 4倾听 思考 比较巩固元素知识，通过对比学习，加深学习印象【过渡】：事实上，地球上的硅都是以硅的化合物形式存在，那么我们从硅最简单的化合物SiO2入手研究。【板书】：二、硅的化合物1、 SiO2讲解二氧化硅的存在形态并展示水晶、玛瑙图片【总结】二氧化硅在自然界中的存在【过渡】二氧化硅熔点很高，而我们知道碳的+4价氧化物CO2常温下却是气体，熔点很低。为什么它们的物理性质有这么大差异呢？【引导】阅读74页“科学视野”【活动探究】SiO2和CO2 的差异：【展示】SiO2和CO2 结构二氧化硅晶体中，每个Si周围连着4个O，每个O连着2个Si，即每个硅原子位于正四面体的中心，四个氧位于4个顶角，而每个O被两个正四面体共用。所以SiO2晶体是由Si和O按12的比例所组成的立体网状结构的晶体，因此SiO2不是分子式。二氧化碳晶体中则是由CO2小分子构成的，CO2是分子式。所以CO2与SiO2的性质差别较大。【过渡】因为SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理性质和化学性质。【讲述】二氧化硅是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。纯净的二氧化硅晶体无色透明，称为水晶。具有彩色环带状或层状的石英晶体，称为玛瑙。沙子中也存在小粒的石英晶体，是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料；石英、玛瑙可用来制作饰物和工艺品。【图片展示】水晶 玛瑙 光纤 石英坩埚 半导体元件【介绍】二氧化硅的用途，并展示图片联系实际观看、欣赏阅读，了解硅的亲氧性及硅在自然界中主要存在的化合物形式阅读“科学视野”观察SiO2和CO2 的结构，通过老师分析点拨得出结论讨论SiO2具有哪些物理性质，并结合图片观察通过实物图片展示，让知识更贴近生活创设问题情境，以便后面进一步比较SiO2和CO2的性质通过学生自主学习，教师适时点拨，使学生了解结构决定性质加强学生观察归纳总结的能力联系生活，加深认识图片呈现更直观，深刻【过渡】SiO2和CO2结构不同，所以它们的物理性质和化学性质有差异。但是化学性质也有相似之处，如与CO2一样，SiO2也是一种酸性氧化物。【比较】写出下列反应的化学方程式，并比较SiO2与CO2的相似之处。 1、CO2与NaOH溶液，CO2与CaO2、SiO2与NaOH溶液，SiO2与CaO【引导】学生自主归纳总结【评价】教师参与上述讨论，并及时作出积极评价CO2SiO2物质分类均属于酸性氧化物与碱性氧化物反应CO2CaOCaCO3 SiO2+CaOCaSiO3与碱反应CO22NaOHNa2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与水反应CO2 H2OH2CO3不反应【过渡】下面我们来讨论SiO2不同于CO2的化学性质【引导】回忆CO2可溶于水且能与水反应生成H2CO3，CO2与酸不反应【讲述】SiO2很不活泼，它不溶于水，也不与水反应。但SiO2可以与唯一的酸氢氟酸反应。SiO2+4HF=SiF4+2H2O（腐蚀玻璃） 展示 拿出两个表面皿（一新一旧），让同学们透过表面皿看书上的文字，透过新的表面皿是可以看到书上的文字的，透过用过的那个旧表面皿是看不到书, 上的文字的. 进一步展示 精美的冰雕玻璃（图片上面的精美花纹正是通过与酸的反应刻上去的）。【思考与交流】已知玻璃中含有SiO21、实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶为什么不用玻璃塞？改用什么塞子呢？2、实验室中氢氟酸应如何保存？观察、比较，了解SiO2晶体结构，并认识性质的不同由结构决定书写化学方程式，交流、比较、发现问题归纳：SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱反应、与碱性氧化物反应回忆倾听、学会书写SiO2与氢氟酸反应的化学方程式通过讨论思考得出：1、 由于常温下SiO2可与强碱溶液反应，生成粘结性的硅酸钠溶液，可将磨口玻璃塞与瓶口粘在一起，所以实验室盛装NaOH溶液的玻璃试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞。2、 实验室中氢氟酸应保存在塑料瓶中。运用旧知迁移使学生通过比较发现共性培养学生自主探究能力通过对比分析，加强对比记忆和对比学习的能力了解并认识到物质的特性让同学们亲身感受到了玻璃被氢氟酸腐蚀的情况提高解决问题的能力【过渡】我们知道CO2能溶于水形成碳酸(H2CO3)，而SiO2不溶于水且不与水反应，但SiO2也存在其相对应的含氧酸硅酸(H2SiO3)。【投影】展示袋装食品干燥剂的图片【设问】知道这些干燥剂的成分是什么吗？【引入课题】其中有一种干燥剂的成分是硅胶。下面我们就来研究和它相关的硅的化合物的性质。【引导讲解】硅酸是一种很弱的酸，其酸性比碳酸还弱。可与强碱溶液反应生成硅酸盐和水，难溶于水，受热时可分解生成SiO2和水。化学方程式如下：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2OH2SiO3H2O+SiO2硅酸可用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。生成的H2SiO3聚集成硅酸溶胶；硅酸浓度大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。【实验探究4-1】实验步骤：1、在试管中加入35 mL Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞溶液，观察现象。2、用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。观察现象。实验步骤12实验现象溶液呈红色先形成硅酸胶体，后有白色沉淀生成结论Na2SiO3溶液显碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaOH实验结果分析：（1）步骤1中溶液呈红色，是因为Na2SiO3溶液中的SiO32水解，使溶液呈碱性。 SiO32+2H2OH2SiO3+2OH（2）步骤2中先生成硅酸胶体，后聚集成硅酸沉淀。【知识拓展】把稀硫酸加入到硅酸钠溶液中会有什么现象？现象滴入硫酸有硅酸凝胶产生结论硅酸难溶于水方程式Na2SiO3+H2SO4 = H2SiO3 +Na2SO4阅读课本P76观察.欣赏倾听、思考阅读实验，通过老师实验观察实验现象，思考交流，并通过实验现象得出实验结论观察、讨论，完成表格思考 讨论并观察实验 完成表格了解相关内容即可进一步培养学生自主学习能力培养学生合作意识和实验探究能力使学生学会分析实验并从实验中得出结论形成知识拓展、知识牵连培养学习能力和思考运用能力第二课时教师活动学生活动教学意图【引入】硅具有很强的亲氧性，这导致硅元素在自然界中都以化合态存在。上节课我们讨论硅的主要存在形式之一二氧化硅，硅元素还大量地以硅酸盐的形式存在。【展示】多媒体展示图片：自然界中存在的硅酸盐【讲述】硅酸盐是由硅、氧和金属元素等组成的化合物的总称，大多不溶于水，化学性质稳定，是构成地壳岩石、土壤的主要成分。最简单的硅酸盐是硅酸钠。【视频展示】“硅酸盐”视频 及“水下花园”图片【实验探究4-2】实验步骤：取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液后），同时分别放置在酒精灯外焰外。实验现象：被蒸馏水浸透的小木条或滤纸条一段时间后会着火燃烧，而被饱和Na2SiO3溶液浸透的小木条或滤纸条则不会着火燃烧。实验结论：Na2SiO3可用作防火剂。【总结】（1）Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，呈碱性。(2)NaSiO3可作胶黏剂、防火剂。(3)Na2SiO3CO2H2O = H2SiO3Na2CO3回忆、倾听观看、了解倾听 思考观察实验分析实验讨论结果引入新课增强直观感受使学生了解硅酸盐在自然界中的存在通过视频及图片加强知识的学习，并通过直观印象使记忆深刻且能联系生活实际培养学生实验操作能力和实验分析能力使学生了解硅酸钠的性质和重要用途【资料卡片阅读】引导学生阅读P67资料卡片【讲解】硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物，通常可用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。一般地先按金属活动性写出金属氧化物，再写二氧化硅，最后写水。例如：硅酸钠：Na2OSiO2石棉：CaO3MgO4SiO2长石：K2OAl2O36SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O【练习】写出（1）高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4（2）三硅酸镁：Mg2Si3O8nH2O阅读倾听、思考练习通过自主阅读与老师点拨讲解，结合学习，再通过练习巩固知识，使之印象深刻。培养学生知识理解、迁移能力【过渡】硅酸盐在自然界中的存在丰富而多样，主要为硅酸盐、铝硅酸盐和粘土等形式。【阅读科学视野】硅酸盐的丰富性和多样性【过渡】由丰富而多样的硅酸盐得到了多种的硅酸盐产品，且已经成为使用量最大的无机非金属材料。【视频】学生观看无机非金属材料视频，教师同时作相关介绍。（1）陶瓷（2）普通玻璃（3）水泥（4）其它含硅的产品碳化硅（SiC）硅钢硅橡胶分子筛【展示】多媒体展示图片：碳化硅、硅橡胶、高温结构陶瓷、压电陶瓷等。【讲解】硅酸钠溶液可以做木材防火剂。阅读，并了解了解硅酸盐产品欣赏 , 倾听感受硅酸盐的用途广泛性使学生体会科学技术的发展强化学生设计实验时的“对比”意识和“控制变量”的意识。逐步形成严谨的科学素养。【过渡】现代科技产品尤其是电子产品都要用到高纯度的硅单质。下面我们学习硅单质。【引导讲解】我们知道晶体硅的结构与金刚石相似，它是一种带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大，有脆性，是一种良好的半导体材料。单质硅在常温下化学性质稳定，但可与氟气、强碱溶液等反应；在加热时，可与氧气、氯气等反应。反应方程式如下：Si+2F2=SiF4Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+O2SiO2 Si+2Cl2SiCl4 实验（氢氧化钠与硅的反应）观察现象并尝试检验生成的气体 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 故意用玻璃塞的氢氧化钠,造成小小的”意外”【设问】我们知道自然界中无游离态硅，那如何得到单质硅呢？【讲述】硅的工业制法：第一步：在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法制得粗硅。 SiO2 2C = Si（粗硅）2CO第二步：与氯反应：Si 2Cl2 SiCl4 (温度为400500)第三步：生成的SiCl4液体通过精馏，除去其中的硼、砷等杂质，然后用氢气还原： SiCl4 2H2 Si 4HCl【过渡】我们学习硅单质的性质，那性质决定用途，硅有哪些用途呢？我们一起来看看。【图片结合文字展示】展示硅的用途倾听记忆观察.思考回忆、思考倾听、笔记结合图片，运用回忆所学相关知识回应、复习前面所学内容使学生了解硅单质的相关物理性质和化学性质再次让学生体会氢氧化钠能够和玻璃中的二氧化硅反应生成硅酸钠引发学生思考，提出问题再解决问题，使学生感受学习的一般思路和方法之一使学生了解硅的工业制法【总结】总结本节所学内容回忆、思考巩固所学知识课堂练习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.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3、下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是（ ）A.HF溶液 B.KOH溶液 C.盐酸 D.水玻璃4.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀5.能将Na2SiO3、CaCO3、SiO2三种白色粉末鉴别开来的试剂是（ ）A.NaOH溶液 B.水 C.氢氟酸 D.稀盐酸1 B 2 B 3 C 4 B 5 D 五教学环节设计1 流程图问题线 活动线 知识线 方法线制造玻璃的原理是什么？初步学习分类、分析信息的方法。初步建立研究主线。制造玻璃的反应、玻璃的主要成分、SiO2的性质从故事中提取原料、反应条件等信息加以分析巩固分类的方法；运用反应规律预测物质的性质；初步形成研究程序。硅及其重要化合物的转化关系思考，交流，总结：建立材料主要成分分类性质的研究线索以SiO2为基础原料，如何获得如此丰富的含硅材料？1设计实验、评价实验的能力2 体验通过实验进行科学探究的一般过程1 实验室制备硅酸的方法2 硅酸的性质3 硅酸钠的性质观察、思考、总结演示实验1、2、3中体现出来的硅胶的制备、硅酸、硅酸钠的性质和用途。演示实验说明了什么问题？你又发现什么问题？学会运用“材料化学”的基本研究思路。SiO2的还原性思考，交流：太阳能电池板硅单质性质研究太阳能电池板这种材料的研究思路是什么？2 板书设计无机非金属