高中化学-4.1《无机非金属材料的主角-硅》教案-新人教版必修1

第四章非金属及其化合物

第一节无机非金属材料的主角——硅

第一课时

[教学设计]

1、教学目标：

（1）知识与技能目标：掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质；了解硅在无机非金属材料中的生产和应用；能通过互联网查阅有关资料并作归纳概述；重点掌握二氧化硅的化学性质。

（2）过程与方法目标：构建“结构——性质——用途”的知识体系；进一步掌握学习元素及其化合物的一般方法，提高自主学习能力；提高信息获取的能力，信息分析、信息加工和信息交流等能力；把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具。

（3）情感态度和价值观目标：体会硅在无机非金属材料中扮演的重要角色，增强将化学知识应用于生产、生活和科学技术的意识，赞赏化学科学对信息技术和社会发展的贡献；主动、有目的地发现信息探究知识，提高参与化学科技活动的热情；通过创设一个在实际生活学习中使用信息技术解决问题的学习环境中培养学生的“信息素养”。

2、教学方式：

引导、探究、自学、对比、练习

3、教学过程设计

引入新课：大家曾听说过“硅谷”吧。它是美国新兴的高科技产业开发区，电子技术研究中心和计算机和半导体工业生产的重要基地。电子工业能得到蓬勃发展，硅元素在信息材料中的开发与应用起着举足轻重的作用，这就是我们将要研究的非金属材料的主角——硅。

教师：硅元素及其化合物在我们的生活中有着广泛的应用，下面请同学们展示你们收集的有关资料。

学生：分合作小组展示本组通过互联网查阅硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用的图片资料及实物（如绚丽多彩的水晶饰品、电子身份证、石英电子表、石英钟、沙、玻璃、瓷器等）

教师：从古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。

（问题）虽然硅的化合物随处可见，但硅的单质直到18世纪上半叶才由化学家制备出来，这是为什么？请画出硅和碳的原子结构示意图

学生：硅的原子结构示意图为，与碳相似，硅原子和碳原子的最外层电子数均为4，而初中我们知道碳的化学性质很稳定，能以多种碳的单质存在于自然界中。

教师：硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？

学生：硅含量虽然很多，由于硅是一种亲氧元素，在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐为主要存在形式。因此硅是以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里。

教师：多媒体展示二氧化硅在自然界中的不同存在形式（硅石、石英、水晶、砂子、玛瑙）。二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。

教师：二氧化硅的性质如何？同样从我们熟知的何种物质能得到些提示？

学生：硅单质与碳单质有如此多的相似之处，那么，二氧化硅的性质也应该和二氧化碳的性质有相似之处？

教师：很好，我们用比较法来探讨二氧化硅的性质，请大家回忆我们初中学过的二氧化碳的性质。

学生：二氧化碳的物理性质是常温常压下是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。化学性质是：本身不燃烧，一般情况下也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，是酸性氧化物。

教师：大家回答得很流利。请问，有没有固体的二氧化碳？

学生：有！固体的二氧化碳叫干冰。

教师：干冰可以用来人工降雨，为什么？

学生：因为干冰有易升华的性质。

教师：那么，二氧化碳所具有的物理性质二氧化硅是否具有呢？可通过熟知的何种物质进行判断？

学生：我们可通过平常容易接触到的沙来比较二氧化碳与二氧化硅的性质。

教师：很好，描述一下二氧化硅的物理性质吧。

学生：二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，它是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。

教师：为什么二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大？多媒体展示二氧化硅的空间网状结构。让学生初步了解结构决定性质。

教师：玻璃中主要成分之一是二氧化硅，（展示量筒）量筒上的刻度是如何刻出来的？

学生首先想到是用小刀，但玻璃很硬，无法用小刀在玻璃上刻。

教师：二氧化硅能与氢氟酸发生反应，我们利用这一反应原理用氢氟酸雕刻玻璃的，由此，我们不能用玻璃来盛装氢氟酸以及参与一切有关氢氟酸的反应。氢氟酸应保存在塑料瓶中，其有关反应在铅皿中进行。

教师：（展示盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的试剂瓶）盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的试剂瓶有何不同？

学生：观察：盛有硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液的瓶塞不一样，为什么盛有氢氧化钠溶液的瓶塞要用橡皮塞？

教师：SiO2能和碱起反应，生成粘稠的硅酸钠（展示硅酸钠的粘稠性），容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开，所以盛氢氧化钠的试剂瓶用橡皮塞。。

（学生可能会问：但平时盛装NaOH溶液却仍然使用玻璃容器，只是用橡皮塞，这是为什么？因为尽管NaOH能与SiO2该反应并不十分迅速，而玻璃表面较光滑，接触面积很小，反应的程度较小，对玻璃瓶的腐蚀并不明显。但如果用磨口塞的话，磨口处的表面积远大于光滑表面，反应后在表面生成Na2SiO3是一种粘性物质，将瓶塞与瓶子紧紧粘在一起而无法打开瓶塞，因而必须用橡皮胶塞。）

教师：二氧化硅能与碱反应生成盐和水，我们把这样的氧化物称为酸性氧化物，回忆我们以前学过的酸性氧化物。（写出二氧化硫、三氧化硫分别与水、氢氧化钠反应的化学方程式

学生回忆、交流：熟知的二氧化碳也是酸性氧化物。

教师：通过回忆二氧化碳的性质再进一步完善二氧化硅的性质，列表比较二者性质的异同点。

[投影展示] SiO2与CO2化学性质的比较

教师：二氧化硅不溶于水，如何将二氧化硅转变成相对应的酸？

学生：思考、总结、交流

教师：小结：阐明“强酸制弱酸”的原理,通过硅酸盐和酸可以制备硅酸。

学生：分组实验4-1，观察硅酸溶胶→硅酸凝胶。

教师：展示常用的硅胶的图片，袋装食品、瓶装药品的干燥剂—硅胶。

教师：展示一瓶在空气中露置久的硅酸钠溶液，倒转，这瓶硅酸钠溶液与你们桌上的硅酸钠溶液有何不同，分析、提出设想，并设计实验加以验证。