第1节 硅 无机非金属材料教学设计高中化学鲁科版必修1-鲁科版2004

第1节硅无机非金属材料教学设计高中化学鲁科版必修1-鲁科版2004学校授课教师课时授课班级授课地点教具课程基本信息1.课程名称：硅无机非金属材料

2.教学年级和班级：高一年级（1）班

3.授课时间：2023年10月16日第2节课

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标二、核心素养目标通过硅及其化合物的性质探究，发展宏观辨识与微观探析能力，能从原子结构解释SiO2的稳定性与特性；通过无机非金属材料（玻璃、水泥等）的学习，建立物质组成-结构-性质-用途的联系，形成证据推理与模型认知；通过实验设计（如SiO2与NaOH反应），提升科学探究与创新意识；认识硅材料在科技、生活中的应用价值，增强科学态度与社会责任。重点难点及解决办法重点：硅的化学性质及二氧化硅的结构特性（来源：课本P45-48，学生易混淆硅与碳的氧化还原反应）。

难点：理解无机非金属材料的微观结构与宏观性质的关系（来源：课本P50-53，抽象概念，学生缺乏直观经验）。

解决方法：通过实验演示SiO2与NaOH反应，使用分子模型展示四面体结构。

突破策略：结合生活实例（如玻璃窗、水泥硬化），开展小组探究活动，分析成分与用途的联系。教学资源软硬件资源：试管、酒精灯、烧杯、玻璃片、镊子、硅晶体样品、二氧化硅粉末、氢氧化钠溶液。

课程平台：智慧课堂教学系统、班级优化大师。

信息化资源：硅晶体结构模型动画、二氧化硅四面体结构示意图、玻璃生产流程视频、水泥硬化过程模拟动画。

教学手段：实验演示、小组合作探究、实物展示（玻璃碎片、水泥样品）、PPT课件。教学过程设计导入环节（5分钟）：教师展示实物样品（如智能手机芯片、玻璃窗、水泥块），创设生活情境：“同学们，这些材料都离不开硅元素。硅芯片如何支撑科技发展？玻璃窗为何能透光且坚固？”学生观察样品，教师提问：“硅的化学性质是什么？它与碳有何不同？”学生分组讨论1分钟，代表发言。教师引导：“硅在地壳中含量第二，但性质独特，今天我们探索硅及无机非金属材料。”用时2分钟展示，3分钟提问讨论，激发兴趣。

讲授新课（25分钟）：

1.硅的化学性质（7分钟）：教师讲解硅原子结构（课本P45），强调与碳相似但更易形成Si-O键。实验演示：用镊子夹取硅晶体样品，加热与氧气反应，观察现象（生成SiO2）。教师提问：“硅为何在高温下稳定？”学生回答后，教师总结硅的还原性弱，强调重点。信息化资源：播放硅结构动画，展示电子云分布。用时3分钟讲解，2分钟实验，2分钟提问互动。

2.二氧化硅的结构特性（10分钟）：教师使用分子模型展示SiO2四面体结构（课本P48），讲解稳定性源于共价键网络。实验演示：试管中加SiO2粉末和NaOH溶液，加热，观察反应生成硅酸钠。教师提问：“SiO2为何能耐酸但不耐碱？”学生分组分析，教师引导微观结构解释宏观性质。突破难点：对比金刚石结构，强调差异。信息化资源：播放SiO2结构示意图动画。用时4分钟讲解，3分钟实验，3分钟小组讨论。

3.无机非金属材料应用（8分钟）：教师介绍玻璃、水泥（课本P50-53），播放生产流程视频。教师提问：“玻璃的成分如何决定其用途？”学生讨论生活实例（如钢化玻璃）。教师总结组成-结构-性质-用途联系，拓展核心素养：科学态度与社会责任，讨论环保材料创新。信息化资源：展示水泥硬化模拟动画。用时3分钟讲解，3分钟视频，2分钟提问互动。

巩固练习（10分钟）：教师分发练习题（如选择题：SiO2与NaOH反应产物；简答题：解释水泥硬化原理）。学生独立完成5分钟，后小组讨论5分钟，分享答案。教师巡视指导，针对难点提问：“为何SiO2用于光纤？”学生回答，教师点评强化重点。用时5分钟练习，5分钟讨论互动。

课堂总结（5分钟）：教师提问：“本节课核心知识点是什么？”学生回答硅性质、SiO2结构、材料应用。教师总结重难点，布置作业：调查家中硅材料。用时3分钟总结，2分钟提问互动，总用时45分钟。教学资源拓展1.拓展资源：

（1）硅的工业制备：课本中提到硅是地壳中第二丰富的元素，但工业上制备高纯硅需要复杂流程。可拓展介绍石英砂（SiO2）与碳在电弧炉中反应制得粗硅（SiO2+2C=高温=Si+2CO↑），再通过粗硅与氯气反应生成SiCl4，SiCl4经精馏提纯后用氢气还原得到高纯硅（SiCl4+2H2=高温=Si+4HCl），此过程涉及氧化还原反应和物质分离提纯，与课本中硅的化学性质（如还原性）紧密关联。

（2）二氧化硅的多样性存在：课本重点讲解SiO2的四面体结构，可拓展介绍其不同形态及应用。如晶体SiO2（石英、水晶、玛瑙）用于光学仪器、首饰；无定形SiO2（硅藻土）用作吸附剂、催化剂载体；硅胶（mSiO2·nH2O）用作干燥剂，其多孔结构与课本中SiO2的稳定性形成对比，深化对物质结构决定性质的理解。

（3）无机非金属材料的发展：课本介绍传统玻璃、水泥，可拓展新型无机非金属材料。如光导纤维（主要成分SiO2）用于通信，利用其全反射传输光信号；高温陶瓷（如氮化硅Si3N4、碳化硅SiC）具有耐高温、耐腐蚀特性，用于航空发动机叶片；生物陶瓷（如羟基磷灰石）用于人工骨，体现材料科学的进步，与课本中“组成-结构-性质-用途”的逻辑链条一致。

（4）硅在新能源领域的应用：课本提到硅是半导体材料，可拓展硅在太阳能电池中的作用。单晶硅太阳能电池通过光电效应将太阳能转化为电能，其核心原理与硅的原子结构（价电子易激发）相关；硅基锂电池负极材料（如硅碳复合负极）利用硅的高容量提升电池性能，联系化学与能源发展的关系，强化科学态度与社会责任素养。

2.拓展建议：

（1）实验探究建议：课本中演示了SiO2与NaOH的反应，可建议学生设计对比实验，探究SiO2与不同碱（如KOH、Ca(OH)2）的反应条件及产物差异，记录现象并分析原因，深化对SiO2酸性的认识，培养科学探究与创新意识。

（2）资料查阅建议：引导学生查阅《化学与生活》中“硅酸盐材料”章节，或收集生活中硅材料的应用案例（如手机屏幕的玻璃材质、建筑中的水泥标号），分析其成分与性能的关系，撰写短报告，体会化学知识的实用性。

（3）模型制作建议：利用黏土或牙签制作SiO2四面体结构模型、硅晶体结构模型，直观理解共价键网络结构，对比金刚石结构模型，归纳原子堆积方式对物质硬度、熔点的影响，建立宏观与微观的联系。

（4）跨学科学习建议：结合物理中“光的折射与全反射”知识，分析光导纤维的工作原理；结合地理中“岩石与矿物”内容，了解石英砂的形成与分布，促进学科融合，提升综合思维能力。

（5）社会议题探讨：组织讨论“无机非金属材料的可持续发展”，如传统水泥生产的高能耗问题，新型环保材料（如地质聚合物水泥）的研发意义，引导学生关注化学与环境保护的关系，培养社会责任感。板书设计①硅的化学性质

-原子结构：14号元素，最外层4个电子

-还原性：Si+O₂→SiO₂（高温）

-与碱反应：Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

-非金属特性：常温下稳定，高温下表现还原性

②二氧化硅的结构与性质

-微观结构：SiO₂四面体共价键网络

-物理性质：硬度大、熔点高、不导电

-化学性质：

•耐酸：SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O

•与碱反应：SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O

•与碱性氧化物：SiO₂+CaO→CaSiO₃

③无机非金属材料

-玻璃：主要成分Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂

•特性：无固定熔点，可塑性强

-水泥：主要成分硅酸钙、硅酸二钙

•硬化原理：3CaO·SiO₂+2H₂O→2CaO·SiO₂·H₂O+Ca(OH)₂

-新型材料：光导纤维（SiO₂）、高温陶瓷（Si₃N₄）教学评价1.课堂评价：

①通过提问检测学生对硅原子结构（14号元素、最外层4电子）及化学性质（还原性、与碱反应）的掌握程度，观察学生能否正确书写Si与O₂、NaOH反应的化学方程式。

②观察学生在小组讨论SiO₂与NaOH反应实验现象时的参与度，重点分析学生能否从微观结构（四面体共价键网络）解释其耐酸不耐碱的性质。

③随堂测试包含选择题（如SiO₂特性判断）和简答题（水泥硬化原理），统计正确率，针对错误率＞30%的知识点（如硅酸盐材料成分）进行即时讲解。

2.作业评价：

①批改基础题（硅化学性质方程式书写），重点纠正反应条件标注错误