第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角──硅

1、第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角硅    一、教學(xué)設(shè)計(jì)為什么要選取硅作為非金屬的開篇呢？從硅及其化合物在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位來看，從學(xué)科發(fā)展的角度來看，硅及其化合物在材料科學(xué)和信息技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的用途，在半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、建筑、通信及宇宙航行、衛(wèi)星等方面大顯身手，而且它們的應(yīng)用前景十分廣闊；硅酸鹽工業(yè)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活中有著非常重要的地位。無機(jī)非金屬材料中硅元素唱主角，而含硅元素的材料制品大都是以二氧化硅為原料。所以，首先介紹硅及其化合物，突出了它在社會(huì)發(fā)展歷程中、在科學(xué)現(xiàn)代化中的重要性和應(yīng)用價(jià)值。從物質(zhì)存在和組成多樣性的角度來看，硅是無機(jī)非金屬的主角，是地殼

2、的基本骨干元素。自然界中的巖石、土壤、沙子主要以二氧化硅或硅酸鹽的形式存在，地殼的95%是硅酸鹽礦。所以，介紹硅及其化合物，體現(xiàn)了硅元素存在的普遍性和廣泛性。從認(rèn)知規(guī)律來看，硅元素的主要化合價(jià)只有+4價(jià)，硅單質(zhì)比較穩(wěn)定，硅的化合物知識(shí)也比較簡(jiǎn)單。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)比較輕，有利于學(xué)習(xí)積極性的保護(hù)和培養(yǎng)。本節(jié)內(nèi)容編排有以下特點(diǎn)：從硅及其化合物的知識(shí)體系來看，它由二氧化硅和硅酸、硅酸鹽以及硅單質(zhì)等三部分內(nèi)容組成。在內(nèi)容編排上打破常規(guī)，首先從硅的親氧性引出硅主要存在的兩種形式二氧化硅和硅酸鹽，接著介紹二氧化硅的性質(zhì)，再介紹硅酸、硅酸鹽的一些性質(zhì)，最后介紹硅單質(zhì)。先學(xué)習(xí)比較熟悉的硅的化合物，再學(xué)習(xí)單質(zhì)

3、硅的順序符合認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生接受。從知識(shí)內(nèi)容的安排上來看，重點(diǎn)、非重點(diǎn)把握準(zhǔn)確。主干內(nèi)容保持一定量，并重彩描繪。例如，二氧化硅的知識(shí)突出酸性氧化物的性質(zhì)，在“科學(xué)視野”中介紹硅氧四面體結(jié)構(gòu)，了解二氧化硅的一些物理性質(zhì)，然后以圖配文的方式介紹了二氧化硅的用途，最后讓學(xué)生通過日常生活中的一些事實(shí)，以“思考與交流”的方式得出二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。在學(xué)習(xí)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，既介紹了酸性氧化物的共性，又介紹了SiO2的特性，擴(kuò)展了學(xué)生對(duì)非金屬酸性氧化物的認(rèn)識(shí)。硅酸鹽重點(diǎn)介紹硅酸鈉溶液的性質(zhì)和用途。對(duì)非重點(diǎn)知識(shí)和拓展性內(nèi)容，采用多種形式來呈現(xiàn)。例如，簡(jiǎn)要介紹了硅酸的制取原理和硅膠的用途，應(yīng)用廣泛的硅酸

4、鹽產(chǎn)品以圖片的形式呈現(xiàn)，一些新型陶瓷以“科學(xué)視野”的方式介紹，硅酸鹽的組成以“資料卡片”的形式介紹，等等?？傊?，硅及其化合物知識(shí)的介紹，既體現(xiàn)了元素存在的廣泛性又體現(xiàn)了應(yīng)用的前瞻性，既有親近感又可以使學(xué)生開闊眼界，同時(shí)也能使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)化學(xué)的重要性的認(rèn)識(shí)。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：二氧化硅的性質(zhì)。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：硅酸鹽的豐富性和多樣性。教學(xué)建議如下：1.采用對(duì)比的方法，聯(lián)系碳、二氧化碳等學(xué)生已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)來介紹硅、二氧化硅等新知識(shí)。聯(lián)系和對(duì)比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過對(duì)比可加深對(duì)知識(shí)的理解，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶和掌握。因此，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)比的方法來認(rèn)識(shí)物質(zhì)的共性和個(gè)性、區(qū)別和聯(lián)系。碳和硅是同

5、一主族相鄰的兩種元素，它們的性質(zhì)既有相似之處，又有不同之處。在教學(xué)時(shí)要突出硅的親氧性強(qiáng)于碳的親氧性，從而引導(dǎo)學(xué)生理解硅的兩種存在形式二氧化硅和硅酸鹽。對(duì)于SiO2化學(xué)性質(zhì)的教學(xué)，可啟發(fā)學(xué)生根據(jù)SiO2和CO2都是酸性氧化物這一特點(diǎn)，把它們的性質(zhì)一一列出。然后引導(dǎo)學(xué)生從硅的親氧性大，得出常溫下SiO2的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；在加熱的條件下，SiO2才能與堿性氧化物起反應(yīng)，等等。在介紹硅酸時(shí)，可以補(bǔ)充這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將CO2通入Na2SiO3溶液中，引導(dǎo)學(xué)生觀察白色膠狀沉淀的生成，從而加深對(duì)H2SiO3的酸性弱于碳酸的認(rèn)識(shí)。對(duì)于硅單質(zhì)，主要讓學(xué)生了解硅是重要的半導(dǎo)體材料，在電子工業(yè)上有廣泛的用途。SiO2的

6、結(jié)構(gòu)知識(shí)屬于拓展性內(nèi)容，在教學(xué)中不作要求。2.要多運(yùn)用日常生活中的事例進(jìn)行教學(xué)。非金屬元素首先介紹硅元素，硅的化合物普遍存在是原因之一。因此，教學(xué)時(shí)要多注意聯(lián)系生產(chǎn)和生活實(shí)際，充分利用實(shí)物、模型及教科書中的彩圖和插圖，通過放映教學(xué)錄像，學(xué)生自己搜集有關(guān)的實(shí)物或照片，在課堂上展示交流等方法，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。例如，可用生活事例來說明SiO2質(zhì)硬、不溶于水的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察教科書中的圖片、觀察陶瓷和玻璃制品等實(shí)物來了解硅酸鹽的廣泛用途等。3.通過自學(xué)討論的方法進(jìn)行硅酸鹽的教學(xué)。學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)自主構(gòu)建的過程。他們帶著自己原有的知識(shí)背景、活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和理

7、解走進(jìn)學(xué)習(xí)活動(dòng)，并通過自己的主動(dòng)活動(dòng)，包括獨(dú)立思考、與他人交流和反思等，去構(gòu)建對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解。例如，講硅酸鹽時(shí)可指出，最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，它的水溶液稱為水玻璃。然后展示樣品，觀察水玻璃的黏稠性。同時(shí)拿出一塊反復(fù)充分浸過水玻璃并已干燥的布條，把它放在火焰上，結(jié)果布條不能燃燒，從而認(rèn)識(shí)用水玻璃浸泡織物可以防火。最后，對(duì)于硅酸鹽的豐富性和多樣性，建議學(xué)生以閱讀、交流的方式來完成。二、活動(dòng)建議【實(shí)驗(yàn)4-1】控制溶液混合物的酸堿性是制取硅酸凝膠的關(guān)鍵。鹽酸的濃度以6 mol/L為宜。在飽和Na2SiO3溶液中，滴加酚酞溶液呈紅色。逐滴加入稀鹽酸，待溶液紅色變淺并接近消失時(shí)，有透明的硅

8、酸凝膠產(chǎn)生。【實(shí)驗(yàn)4-2】若無硅酸鈉溶液，可用市售的水玻璃代替。一定要使小木條或?yàn)V紙條反復(fù)浸透。水浸過的濾紙或小木條，當(dāng)水分蒸發(fā)后就燃燒。硅酸鈉溶液浸過的濾紙或小木條，當(dāng)水分蒸發(fā)后不易燃燒(濾紙只起泡)。三、問題交流【思考與交流】物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高、硬度大?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外一般不與其他酸反應(yīng)，可以與強(qiáng)堿如NaOH等反應(yīng)，屬于酸性氧化物。SiO2的這些性質(zhì)主要和它的結(jié)構(gòu)有關(guān)。SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。四、習(xí)題參考1.（1）  （2）  （3）2.材料物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)玻璃硬度高、耐磨損，耐高溫,較脆化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定陶瓷硬度高、耐磨損，耐高溫定化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)3.晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用于信息技術(shù)和光電池等方面。4.（1）還原劑（2）化合反