高中化學(xué)人教版第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角（市一等獎(jiǎng)）

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅（第一課時(shí)）一、本節(jié)教材分析《硅》既是第三章常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其性質(zhì)等知識(shí)的繼續(xù)，又是非金屬及其化合物的開(kāi)始，通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)也為學(xué)習(xí)元素周期律奠定了基礎(chǔ)?！肮琛狈旁诒菊麻_(kāi)篇如此重要的位置，關(guān)鍵就在“主角”這個(gè)詞上。在教學(xué)參考書(shū)上指明了“主角”的含義：硅及其化合物是學(xué)生在日常生活中所熟悉的物質(zhì)，硅及其化合物在非金屬材料、信息技術(shù)、建筑、光電及航空航天等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，前景廣闊，地位非常重要。由于具有極高的應(yīng)用價(jià)值，故教材承認(rèn)了它在非金屬家族中的“老大”地位。通過(guò)硅及其化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)生活中常見(jiàn)的物質(zhì)將有進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，既開(kāi)闊眼界，又更加密切了化學(xué)與生活，化學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系。硅是地殼中基本骨干元素，自然界巖石、土壤、沙子都主要以二氧化硅或硅酸鹽形式存在，玻璃、水泥、水晶等硅的化合物又是學(xué)生在日常生活中所熟悉的物質(zhì)。硅及其化合物放在第一節(jié)，也體現(xiàn)了硅元素存在的普遍性和廣泛性。硅及其化合物單質(zhì)硅及其化合物單質(zhì)化合物氧化物硅含氧酸鹽含氧酸硅酸硅酸鈉復(fù)雜硅酸鹽二氧化硅親氧性半導(dǎo)體性與強(qiáng)堿反應(yīng)硅酸鹽材料基礎(chǔ)不溶性、膠體性質(zhì)黏膠劑、防火劑陶瓷、玻璃、水泥SiO2、硅酸鹽形式存在信息技術(shù)與光電材料本節(jié)內(nèi)容編排也頗具特點(diǎn)，在順序上打破常規(guī)，先由大家熟悉的SiO2學(xué)起，認(rèn)識(shí)了對(duì)應(yīng)的硅酸，再學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的硅酸鹽，最后才介紹單質(zhì)硅。先學(xué)習(xí)比較熟悉的硅的化合物，再學(xué)習(xí)單質(zhì)硅的順序符合認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。本節(jié)課通過(guò)對(duì)物質(zhì)的“存在和用途”的詳細(xì)介紹，從而讓學(xué)生理解了物質(zhì)的性質(zhì)。編排上新穎、實(shí)用，讓學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)升華到理性認(rèn)識(shí)?！胺墙饘偌捌浠衔铩边@一章與第三章“金屬及其化合物”的知識(shí)體系明顯不同，第三章都是按照單質(zhì)、氧化物、氫氧化物和鹽來(lái)分類，橫向地介紹重要的金屬及其化合物。而這里則是按照“物質(zhì)的性質(zhì)與用途間的關(guān)系”這樣一條主線，以元素為線索，突出了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”。二、教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)：☆知識(shí)與技能：1．知道硅是一種親氧元素，知道硅在自然界總是以與氧結(jié)合的形式存在。2．知道二氧化硅晶體的物理性質(zhì)，了解二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性質(zhì)的影響。3．知道二氧化硅能與氫氟酸、堿性氧化物、強(qiáng)堿反應(yīng)，并能用化學(xué)方程式描述。4．能列舉二氧化硅的主要用途，知道石英、水晶、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分為二氧化硅。5．知道硅酸是一種很弱的酸（酸性比碳酸弱）且難溶于水。知道硅膠是常用的干燥劑。6．了解硅酸的制備方法，認(rèn)識(shí)強(qiáng)酸制弱酸的一般規(guī)律?！钸^(guò)程與方法：1．在碳和硅、二氧化碳和二氧化硅的性質(zhì)比較活動(dòng)中，體會(huì)分類、對(duì)比等學(xué)習(xí)方法。2．在二氧化硅物理性質(zhì)的學(xué)習(xí)中深化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科思維。3．在硅、二氧化硅的用途學(xué)習(xí)中，深入體會(huì)由用途分析性質(zhì)的學(xué)科思想?！钋楦袘B(tài)度與價(jià)值觀：1．通過(guò)豐富的教學(xué)素材和手段充分認(rèn)識(shí)硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，體會(huì)“從沙灘到用戶”等說(shuō)法的現(xiàn)實(shí)意義。2．通過(guò)了解硅材料發(fā)展的歷史與前景，認(rèn)識(shí)化學(xué)在材料科學(xué)中的重要作用。教學(xué)重點(diǎn)：二氧化硅的性質(zhì)教學(xué)難點(diǎn)：二氧化硅和NaOH的反應(yīng)，硅酸的制備教學(xué)方法：對(duì)比法、討論法、講授法教學(xué)安排：（二課時(shí)）第一課時(shí)：二氧化硅、硅酸；第二課時(shí)：硅酸鹽、單質(zhì)硅準(zhǔn)備材料：多媒體圖片、激光筆、二氧化硅晶體立體結(jié)構(gòu)模型、Na2SiO3溶液、酚酞試劑、6mol/L稀鹽酸、碳酸鈣。三、教學(xué)過(guò)程：（第一課時(shí)）【引入新課】美國(guó)的硅谷——位于美國(guó)西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長(zhǎng)48公里，寬16公里的長(zhǎng)條形地帶上。由于它集中了全世界90％以上的著名半導(dǎo)體公司（思科、英特爾、惠普、朗訊、蘋(píng)果），半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。該地區(qū)客觀上成為美國(guó)高新技術(shù)的搖籃，現(xiàn)在硅谷已成為世界各國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)聚集區(qū)的代名詞。也是高新科技的象征。2023諾貝爾獎(jiǎng)物理獎(jiǎng)，由號(hào)稱「光導(dǎo)纖維之父」、香港的高錕教授進(jìn)行光導(dǎo)纖維科技與感光組件的研究，帶領(lǐng)人類走向科技飛躍的未來(lái)。1966年，高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文，首創(chuàng)性地提出光導(dǎo)纖維在通信上運(yùn)用的基礎(chǔ)原理。簡(jiǎn)略地說(shuō)，只要解決好玻璃純度和成分等問(wèn)題，就能夠應(yīng)用玻璃制造光學(xué)纖維，從而高效傳輸信息。這一設(shè)想提出之后，有人稱之為匪夷所思，也有人對(duì)此大加褒揚(yáng)。但在爭(zhēng)論中，高錕的假想逐步變成現(xiàn)實(shí)：利用石英玻璃制成的光纖使用越來(lái)越廣泛，全世界掀起了一場(chǎng)光纖通信的革命。這次一半的諾貝爾獎(jiǎng)金由高錕獲得，他的繼續(xù)研究大幅突破了光在玻璃光導(dǎo)纖維中傳播的距離，可以讓光在光導(dǎo)纖維中傳播遠(yuǎn)超過(guò)一百公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室最好的成果(約20公尺)。光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域上的應(yīng)用跟我們當(dāng)前的生活應(yīng)用已經(jīng)是密不可分，例如網(wǎng)絡(luò)的高速傳送。大幅提高了我們的通訊質(zhì)量?！窘處熤v述】硅如此重要，今天來(lái)學(xué)習(xí)硅及其化合物的知識(shí)?！景鍟?shū)】無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅【講述】“主角”兩個(gè)字，足以看出硅的地位?？梢赃@么說(shuō)，沒(méi)有感光材料，無(wú)法留下青春的回憶，沒(méi)有高純度晶體硅，就沒(méi)有今天的奔騰處理器，沒(méi)有含硅的新型材料，就沒(méi)有神舟系列?！就队啊空n本p46圖3-1【講述】硅在地殼中的含量居第二，僅次與氧。硅是一種親氧元素，地殼中大部分的巖石、沙子和土壤是由硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成，約占地殼總量的90%以上。請(qǐng)觀賞課本p74圖4-1。閱圖后，在元素周期表中找到硅，并且寫(xiě)出硅和碳的原子結(jié)構(gòu)示意圖。建議要求學(xué)生動(dòng)手翻閱周期表，為元素周期表的形成積累感性材料【學(xué)生活動(dòng)書(shū)寫(xiě)】CSi【講述】它們最外層均為四個(gè)電子，既不容易得到也不容易失去，性質(zhì)穩(wěn)定?！緦W(xué)生思考】碳、硅在自然存在形式有什么不同?！練w納總結(jié)】碳在自然界有穩(wěn)定單質(zhì)。硅總是與氧相互化合，硅元素在氧化性氣氛包圍的地球上，主要以SiO2及硅酸鹽形式存在。【板書(shū)】1．二氧化硅SiO2【講述】閱讀課本P74-75的內(nèi)容，大家對(duì)天然二氧化硅進(jìn)行樹(shù)型分類【學(xué)生活動(dòng)】【資料展示】中國(guó)硅藻土資源豐富。全國(guó)10個(gè)省(區(qū))有硅藻土礦產(chǎn)出。探明儲(chǔ)量的礦區(qū)有354處，總保有儲(chǔ)量礦石億噸。僅次于美國(guó)，居世界第2位?！局v述】請(qǐng)根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用思考二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)？為什么SiO2和CO2的物理性質(zhì)差異很大？化學(xué)穩(wěn)定性如何？你的根據(jù)是什么？【學(xué)生活動(dòng)】填寫(xiě)P76思考交流并發(fā)言【投影講述】物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高、硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好【學(xué)生活動(dòng)】觀察P75圖4—2，認(rèn)識(shí)“由Si和O原子直接構(gòu)成二氧化硅，沒(méi)有二氧化硅分子”，與“二氧化碳是由碳原子和氧原子組成的分子”作對(duì)比?！局v述】玻璃成分中含有二氧化硅。但可以用玻璃瓶來(lái)裝酸、堿、鹽試劑，這可以看出其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能夠跟一般的酸發(fā)生反應(yīng)，但HF除外?！景鍟?shū)】（1）不與酸反應(yīng)，氫氟酸除外SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O【講述】因?yàn)镠F酸可以和SiO2反應(yīng)，所以HF的保存就不能使用玻璃瓶，而用塑料或橡膠瓶，我們可以用這個(gè)性質(zhì)在玻璃上雕刻花紋，量器上雕刻刻度等?！菊故咎釂?wèn)】裝有NaOH的試劑瓶為什么使用的是橡膠塞？【學(xué)生討論思考】【講述】能和堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物。我們先將CO2和SiO2比較，CO2是酸性氧化物，所以它具有酸性氧化物的通性，即能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。SiO2也是酸性氧化物。【學(xué)生活動(dòng)】書(shū)寫(xiě)二氧化碳和CaO反應(yīng)的方程式，和NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式，推測(cè)SiO2和CaO反應(yīng)的方程式，和NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式?！景鍟?shū)】（2）與堿性氧化物反應(yīng)CO2+CaO＝CaCO3SiO2+CaOCaSiO3（3）與堿反應(yīng)CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O通過(guò)對(duì)比的方法來(lái)加深學(xué)生對(duì)CO2和SiO2性質(zhì)的理解，同時(shí)鍛煉學(xué)生書(shū)寫(xiě)方程式能力【總結(jié)】二氧化硅是酸性氧化物。正是因?yàn)槠淠芘cNaOH發(fā)生反應(yīng)，所以其瓶塞使用的是橡膠塞。【提問(wèn)】CO2溶于水生成H2CO3，SiO2不溶于水，它對(duì)應(yīng)的酸是什么？如何制?。俊緦W(xué)生分組實(shí)驗(yàn)4-1】試管中取3mlNa2SiO3溶液，滴入2滴酚酞，逐滴加入濃度為6mol/L的稀鹽酸，邊加邊振蕩，至紅色變淺并接近消失時(shí)停止?！緦W(xué)生觀察思考】現(xiàn)象：紅色消失，生成白色凝膠結(jié)論：硅酸鈉轉(zhuǎn)化為硅酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(膠體)＋2NaCl【演示】用激光筆演示丁達(dá)爾效應(yīng)【板書(shū)】2．硅酸Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(膠體)＋2NaCl建議學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為佳，試管中得到晶瑩剔透、果凍狀的硅酸凝膠，學(xué)生能體會(huì)到興奮和驚喜。實(shí)驗(yàn)中可提供給學(xué)生碳酸鈣，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)開(kāi)放度，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)?zāi)荏w現(xiàn)學(xué)生的不同層次，培養(yǎng)合作意識(shí)，操作技能、觀察能力、分析問(wèn)題的能力和語(yǔ)言表達(dá)能力也得到提高。若能制得CO2通入Na2SiO3溶液中，觀察到白色膠狀沉淀的生成，可加深對(duì)H2SiO3的酸性弱于碳酸的認(rèn)識(shí)。【總結(jié)】三種化合物之間構(gòu)成硅三角關(guān)系?！菊n堂練習(xí)】課本P80習(xí)題3，4，5，7，9。一點(diǎn)思考：必修教材的編寫(xiě)是以學(xué)生熟悉、感興趣的地方入手，特別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)逐漸升華為理性認(rèn)識(shí)。教材中穿插大量的情景圖片，便于學(xué)生的理解，需要學(xué)生理解的知識(shí)通過(guò)“思考與交流”來(lái)展現(xiàn)，而較為深?yuàn)W的知識(shí)也是通過(guò)“科學(xué)視野”用淺顯的語(yǔ)言娓娓道來(lái)。所以應(yīng)認(rèn)真思考對(duì)高一的學(xué)生教學(xué)，由于教學(xué)對(duì)象年齡和思維特點(diǎn)的限制，平時(shí)教學(xué)中所授內(nèi)容知識(shí)層面不宜過(guò)度拔高，認(rèn)為“高一學(xué)透，高三省事”的思維是不可取的。應(yīng)該以強(qiáng)化雙基為主要目的，教學(xué)內(nèi)容要做到“條理清晰、重點(diǎn)突出、難點(diǎn)得當(dāng)”。嚴(yán)格按教材中的教學(xué)目標(biāo)完成教學(xué)任務(wù)，適當(dāng)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作技能，對(duì)教材中涉及“科學(xué)探究”的內(nèi)容要有選擇的對(duì)學(xué)生進(jìn)行能力培養(yǎng)，其中過(guò)于強(qiáng)調(diào)思維發(fā)散的知識(shí)可能還是要放在高二、高三來(lái)完成。[課外知識(shí)介紹]怎樣制備硅酸溶膠和硅酸凝膠？硅酸是二元弱酸，酸性比碳酸還要弱。在可溶性的硅酸鈉溶液里加入鹽酸會(huì)出現(xiàn)三種情況：①形成穩(wěn)定的硅酸溶膠；②形成不穩(wěn)定的溶膠；③生成硅酸凝膠沉淀。硅酸鈉與鹽酸反應(yīng)究竟生成何種狀態(tài)，與反應(yīng)混合溶液的pH有關(guān)。在室溫下，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究得出下列規(guī)律：(1)當(dāng)pH3～5時(shí)，得到穩(wěn)定的硅酸溶膠。加熱該硅酸溶膠，也不易凝聚，難以形成硅酸凝膠。如果再緩慢繼續(xù)向該溶膠里加入硅酸鈉溶液，將酸堿度調(diào)為pH8～9時(shí)，即得白色膠狀硅酸凝膠沉淀。(2)當(dāng)pH6～7時(shí)，可以得到不穩(wěn)定的硅酸溶膠，用這種溶膠做丁達(dá)爾膠體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯。若將該硅酸膠體稍稍加熱，就會(huì)立即得到硅酸凝膠。(3)當(dāng)pH8～9時(shí)，能迅速生成穩(wěn)定的無(wú)色硅酸溶膠，并迅速凝聚，使整個(gè)混合物凝結(jié)成一個(gè)果凍狀的膠狀物質(zhì)。(4)當(dāng)pH10～11時(shí)，溶液里主要是SiO32-離子，硅酸較少，不能形成硅酸溶膠。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要不斷準(zhǔn)確控制好溶液的酸堿度。通常是先制備穩(wěn)定的硅酸溶液(pH3～5)，再逐滴