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视频课题：鲁科版高中化学必修一第四章无机非金属材料-河南省 - 洛阳
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无机非金属材料
【教材分析】
本节作为学习非金属的开端，从学生学习的角度来看，本节课内容比较简单，学生学习负担较轻，有利于学习积极性的培养；从知识体系角度来看，由单质到氧化物再到酸和盐，符合认知规律；从学科核心素养来看，硅及其化合物在社会发展、科学现代化中起了无可替代的作用。通过本节课的学习，可以进一步掌握研究元素化合物的一般程序和方法，为建立化学学科思维打下坚实基础。
【学情分析】
学生为高一理科A班学生，化学基础相对较好，特别说明，在必修一的学习中由于进度比较紧硅及其化合物的学习只是让学生记住了相关化学方程式，没有做进一步的研究学习，本节课是以复习为目的的实验探究课，因此学生较刚进入高中学习的知识储备已明显提升。在学习过元素周期律，键能和其他元素化合物等基本概念的基础上有一定的积累，为本节学习硅相关知识打下基础。本班学生课堂气氛较活跃思维灵敏，喜欢讨论问题，并且经过前期的训练已经形成了讨论展示的习惯，学生动手能力强，喜欢进行实验探究，这对本节课的学习十分有利。但从之前的教学中发现本班学生理论联系实际的能力相对较弱，这有可能成为学生本节课的一个障碍，在授课时会更加重视对相关内容的强调和引导。
【教学目标】
知识与技能：
1、通过介绍硅及其化合物了解硅元素在自然界的存在形式； 2、通过实验验证掌握硅及其化合物的化学性质；
3、借助模型了解硅及其化合物的结构特点，认识物质内部结构，掌握结构决定性质这一化学理念；
4、通过对硅及其化合物用途的学习知道硅及其化合物在信息技术以及材料科学等领域的应用。 过程与方法：
1、通过分析图表数据培养学生发现问题解决问题的能力；
2、通过碳元素与硅元素的类比，了解元素通性与特性，提高学生类比迁移的能力；
3、通过设计并进行探究实验，让学生体会硅及其化合物的性质，提高分类归纳总结和联想比较的能力；
4、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”的学习模式。 情感态度价值观：
1、通过介绍硅及其化合物的用途，感受其对生命科学和科技发展的重大意义，体会化学在生产生活中的应用，增强学习化学的热情；
2、通过分析物质内部结构和实验探究的过程，培养学生严谨的科学探究精神，形成正确的科学价值观。
【教学重点】
硅及其化合物的性质和用途
【教学难点】
结构与性质之间的关系
【教学用具】
实验药品：饱和硅酸钠溶液，氯化铁固体，氯化钴固体，氯化镁固体，氯化铝固体，硫酸锰固体，硫酸铜固体，硫酸亚铁固体，硅粉，氢氧化钠，泡泡水，盐酸，酚酞，碳酸钙固体，饱和碳酸氢钠溶液等
实验器材：铁架台，大试管导，导管，药匙，蒸发皿，小试管，吸管，饮料瓶，小烧杯，点滴板等
【教法学法】
教法：实验探究法、诱思导入法、类比启发法、讨论法等。 学法：合作探究法、分析对比发、归纳总结法等。
【教学设计及过程】
环节一：引入新课
[创设情境1]实验1:教师提前做水中花园实验拍摄视频播放，引起学生探索的兴趣，学生动手实验，教师发问：实验中“神秘的溶液”是什么？其核心元素又是什么？（教师提示：其在地壳中的含量位居第二）
引出课题：硅及其化合物
设计意图：通过神奇实验引起学生兴趣，学生亲自动手长出“五颜六色的花朵”引发对硅及其化合物强烈的探索欲望。 环节二走进硅元素，认识硅单质 [教师] 小组交流讨论下列问题： 问题1：Si在元素周期表中的位置？ 问题2：Si的原子结构示意图？
问题3：可以与之前学过的哪种元素类比？
问题4：根据上述三个问题推测Si单质可能拥有什么性质？ [学生] 讨论，回答。
[教师] 用实验验证同学们的猜想，请设计实验硅单质与酸，硅单质与碱的实验。 [学生] 硅粉与盐酸，硅粉与氢氧化钠溶液 [教师] 实验探究2（演示实验）：硅粉与盐酸不反应，加热仍无现象；硅粉与氢氧化钠溶液无现象，加热有气体生成，由于实验很剧烈，故将实验改进：用无纺布将硅粉包住，用棉线将硅粉包系住，棉线另外一头在大试管外，加氢氧化钠溶液浸没无纺布包，塞紧活塞，加热，将生成的气体通入到泡泡水中，有泡泡生成，用点火枪点燃，有爆鸣声。
[学生] 得出结论：生成氢气，并写出方程式
[教师] 提问硅的重要用途，展示洛阳单晶硅厂，提出单晶硅的处理需要用到氢氟酸，展示化学方程式，强调氢氟酸有剧毒。
[学生总结] 硅作为非金属，既有非金属的通性，也有自己的“个性”。
设计意图：从学生已有的知识经验出发，强调“结构决定性质”这一重要的化学思想，学会用类比的方法探究元素硅的性质，并设计简单的实验来验证猜想。 环节三：了解二氧化硅
【过渡】硅的原子结构决定了其稳定性，那么自然界中有硅单质的存在吗？硅元素一般以哪种形式存在与自然界中呢？ [学生]小组讨论，归纳总结得出以下结论： 自然界中无游离态的硅，只有化合态的硅，一般以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。 [教师]这又是为什么呢？请看一组数据。
共价键 Si- Si C-C Si-O C-O 键能（kJ/mol） 222 345.6 452 357.7
[学生]小组讨论，得出结论：Si- Si比C-C更易断裂，而Si-O比C-O更稳定更易形成。
[教师] 换句话说硅是一种亲氧元素，因此硅的化合物中Si-O占据了相当大的比例，首先想到的就是二氧化硅。展示：沙子，石英，玛瑙等，提出问题： （1）沙子和鹅卵石可以作为建筑材料，历经风雨，体现什么性质？ （2）玻璃棱镜可以分光，体现哪方面性质？
（3）水晶、玛瑙可长久不腐，代代相传，体现什么性质？ （4）石英坩埚可用于盛放固体加热进行实验，体现何种性质？ 让学生总结二氧化硅的物理性质 [学生] 阐述二氧化硅物理性质
[教师] 二氧化硅的化学性质呢？可以和哪种物质类比？
[学生] 与酸性氧化物二氧化碳类比：与水反应，与碱反应，与碱性氧化物反应，
与某些盐反应。
[教师] 二氧化硅与水反应吗？举例海边的沙滩。得出二氧化硅与水不反应。试根据二氧化碳分别与氢氧化钠和氧化钙的反应写出二氧化硅分别与氢氧化钠和氧化钙的反应
[学生] 写出化学反应方程式。
[教师] 展示装过氢氧化钠溶液的玻璃瓶塞打不开，引发学生思考，实验室中盛装药品的一些实例：氢氧化钠溶液用带橡胶塞的试剂瓶盛装，酸式滴定管和碱式滴定管的不同。引出另外一种需要特殊瓶子盛装的试剂——氢氟酸用塑料瓶盛装。并播放实验视频：氢氟酸腐蚀玻璃，呈现刻蚀玻璃图片，让学生试写出化学方程式，并提问：这是不是意味着二氧化硅是两性氧化物？ [学生] 不是，与氢氟酸反应是二氧化硅的特性。 [教师] 结构决定性质，性质决定用途。展示硅和二氧化硅的空间立体网状结构，分析结构特征：硅晶体与二氧化硅晶体的稳定性决定了它们性质的稳定性。硅单质中Si- Si与Si原子个数关系，SiO2 中Si-O个数等。提问，两个晶体的区别在哪里？
[学生] SiO2是向硅单质中Si- Si键中间插氧 [教师] 想从SiO2转换成硅单质该怎样？ [学生] 找还原剂，结合氧
[教师] 常见的还原剂有哪些？哪种最常用于将氧化物还原为单质？请你写出方程式。
[学生] 碳，并写出方程式
[教师] 播放从沙滩到用户的视频，并总结硅及二氧化硅的用途。 设计意图：从硅元素的结构与自然界中无单质硅引发认知冲突，从而了解硅的亲氧性，引出二氧化硅，并通过与二氧化碳类比发现二氧化硅的通性与特殊性质，研究硅晶体与二氧化硅晶体的结构进一步强调结构决定性质，性质决定用途的化学理念，通过微观结构体现宏观性质，从宏观与微观的联系中形成对事物及变化的正确认识。 环节四：探究硅酸
[教师] 二氧化碳对应的酸是碳酸，那么二氧化硅对应的酸又是谁呢？ [学生] 硅酸
[教师] 刚才说过硅酸无法通过二氧化硅与水反应得到，那还有没有其他途径得到硅酸呢？小组讨论。
[学生] 硅酸的正盐和一种强酸反应，比如，硅酸钠和盐酸 [教师] 实验验证，学生小组实验
[学生] 实验探究3：取少量硅酸钠与试管中向其中滴入1-2滴酚酞试剂，溶液变红，说明硅酸钠溶液显碱性，向其中逐滴加入盐酸，边滴边震荡，发现瞬间变为果冻状的胶体。
[教师] 请写出化学方程式，并判断硅酸的酸性
[学生] 根据强酸制弱酸的原理可知：硅酸的酸性比盐酸弱 [教师] 那么硅酸与碳酸的酸性比较呢？请小组讨论并设计实验 [学生] 向硅酸钠溶液中通二氧化碳 [教师] 二氧化碳如何得到？ [学生] 碳酸钙与盐酸
[教师] 如果使用碳酸钙与盐酸制备的二氧化碳对实验结论的判断有何影响？
[学生] 盐酸易挥发，可能挥发出来的氯化氢气体也会与硅酸钠反应。 [教师] 如何优化实验？
[学生] 加饱和碳酸氢钠溶液洗气
[教师] 实验验证，教师演示实验：实验4：盐酸与碳酸钙反应制备二氧化碳，经过饱和碳酸氢钠溶液并通入硅酸钠溶液中，观察实验现象。学生小组实验：组内分两组，实验5：B组向提前收集好二氧化碳的饮料瓶中滴加3-5ml硅酸钠溶液盖好盖子并猛烈震荡。
[学生]瓶子中出现凝胶状硅酸，饮料瓶变瘪；教师演示实验试管中液体上方出现凝胶。写出方程式，并得出结论 ：碳酸酸性比硅酸强。 [教师] 为什么硅酸是凝胶状的呢？硅酸又有哪些用途呢？
[学生] 知道硅胶做干燥剂，但无法解释硅酸为什么呈现凝胶状。
[教师] 如果硅酸钠溶液中的硅酸根离子像碳酸根离子一样是以“粒子”状的离子形式存在的，那么它与氢离子反应的沉淀应该像小气泡一样，是呈现不连续的颗粒状沉淀出现，结合生活经验，硅酸钠溶液中一定有长链状的微观粒子形态。
[学生] 不可能是钠离子，只能硅酸根离子
[教师] 图示给出硅酸根离子的结构，这也是硅酸钠溶液具有粘性的原因，解释了装氢氧化钠的试剂瓶不能用玻璃塞的原因。 [学生] 学生恍然大悟
[教师] 想象着当这些溶液中不停扭曲缠绕着的长链形巨型离子，一旦与氢离子反应产生不溶于水的硅酸（给出硅酸结构），这些长链的不溶于水的分子从溶液中析出，在盘根错节之中夹杂了大量的水分子，从而就形成了水溶液被凝固这一奇特现象。那么，现在你可以解释硅胶常作干燥剂和催化剂载体的原因了吗？ [学生] 长链状物质盘根错节形成的凝胶，脱水形成硅胶，形成多孔结构可以吸水也可以作为催化剂的载体增大比表面积。
[教师] 在实验室中，人们在其中加入氯化钴燥时呈蓝色,吸水后呈红色。可再
生反复使用。
设计意图：通过设计实验，让学生动手操作直接产生硅酸凝胶，现象震撼直观，让学生感受实验的无穷魅力。引导学生设计实验验证碳酸酸性与硅酸酸性的大小比较，教师演示实验经过学生讨论得到实验方案，学生小组实验，实验简单，可操作性强，且现象明显，学生通过实验验证结论。得出现象结论之后，利用碳酸钠与盐酸和硅酸钠与盐酸的实验现象的差异引出认知冲突，给出硅酸根和硅酸结构解释现象，再一次提升学生宏观探究和微观辨析的能力。 环节五：赏析硅酸盐——走进无机非金属材料
【过渡】如果说碳撑起了整个有机界，那么硅就是无机界的“扛把子” 呈现图片：陶瓷，玻璃，水泥
陶瓷：中国古文明，西安兵马俑，洛阳唐三彩、牡丹瓷，《国家宝藏》大报恩寺琉璃塔拱门
玻璃：腓尼基人与玻璃的故事，古希腊双耳玻璃瓶，罗马时代玻璃制品，科隆大教堂的彩色玻璃，第一次世博会的水晶宫
[学生]书写制玻璃方程式，并总结玻璃的主要成分
水泥：英国人斯米顿与水泥的故事，高楼大厦，马路桥梁
其他硅酸盐：石棉，岩棉，绿宝石，橄榄石，长石，辉石，高岭土，膨润土，云母
[教师] 强调不仅石棉是一种耐高温材料，所有的硅酸盐都耐高温，总结硅酸盐的用途，并指出洛阳耐火材料研究院，提示硅酸盐做分子筛，相当于半透膜，提问上课刚开始做的水中花园实验原理是什么
[学生] 生成硅酸盐，相当于半透膜，由于渗透压的关系，水不断渗入膜内，胀破半透膜使盐又与硅酸钠接触，生成新的胶状金属硅酸盐。反复渗透，硅酸盐生成芽状或树枝状。
[教师] 水中花园中的花朵都长大了，课堂也接近尾声，同学们知道的硅及其化合物还有哪些？
[学生] 无硅油洗发水中的硅油，有机硅产品等。
【课堂小结】 每一种元素都有其灵魂，而硅的灵魂就是“稳定”，“硅世界的稳定”换来了我们生存空间的稳定；换来了我们引以为豪的陶瓷文化，换来了当今风光无限的新型材料，换来了四通八达的高速通讯。而支撑这座稳定大厦的是庞大无比，坚不可摧的微观结构。
硅这一古老而又充满青春活力的元素，伴随着人类历史发展的脚步，在传统材料到信息材料的发展个过程中创造了一个又一个奇迹！我相信，未来硅的研究还会继续，它依旧会给我们带来惊喜！ 设计意图：传统文化知识与化学知识的相结合，生活生产应用于化学实验的碰撞，让学生更乐于学习探索，用学过的内容解释奇妙的化学实验现象，查阅资料让学生了解更多有关硅的前沿知识，学生在不断主动探索中获取信息。 【作业】
1、完成课本课后习题 2、家庭小实验：
玻璃粉溶于水加酚酞观察现象；
向饱和硅酸钠溶液中吹气，观察实验现象； 将浸泡过硅酸钠溶液的小木条加热观察实验现象
3、根据本节课内容思考完成小论文“人类与硅元素”(每组一份500字左右)
【板书设计】
硅及其化合物
物质 Si
SiO2 H2SiO3 Na2SiO3
结构 实验 性质
用途
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
