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无机非金属材料的主角——硅 教学设计
广州培英中学化学科 李桂萍
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。
【教学重点】二氧化硅的主要化学性质。
【教学难点】二氧化硅晶体结构
【教学过程】
[导课]问题：
[问题]：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。
[问题]：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
[板书] §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〕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+2NaOH Na2SiO3+H2O
SiO2+CaO CaSiO3
2、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↑ + Na2SiO3
SiO2 + 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3～5mL Na2SiO3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+SiO2
3、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
[作业]P80-81 1、3、5、7
[反思]
附板书计划：
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
一、二氧化硅和硅酸
1、二氧化硅 ⑴物理性质：坚硬、难溶固体 2.硅酸(H2SiO3)
⑵化学性质： ⑴不溶于水，酸性比碳酸弱。
酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O ⑵Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4↓+2NaCl
SiO2+CaO===CaSiO3 Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3
氧化性：SiO2+2C===Si+2CO H4SiO4====H2SiO3+H2O
特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
参考资料：http://www.pep.com.cn/gzhx/gzhxjs/ghbx1/bx1jxsj/fjshu/200809/t20080924_518128.htm