第三单元　含硅矿物与信息材料教案和课堂实录

中学化学教材研究与教学设计

无机非属材料的主角—硅

中学化学教材研究与教学设计

第一部分：教学思路分析

1.教学设计的依据

1.1教学理念

普通高中化学课程标准（实验，2003）明确指出：立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养，建构“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”相融合的高中化学课程体系。结合人类探索物质及其变化的历史与化学学科发展的趋势，引导学生进一步学习化学的原理和基本方法，形成科学的世界观。

1.2教材版本

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书化学（必修1）第四章的第一节。

1.3教学对象

高中一年级（上册）学生。

1.4教学条件

学校具备多媒体教学化环境，具备必须的化学实验条件。

2.教学内容分析

2.1课程标准中必修化学1对该部分教学内容的学习要求

课程基本理

念

立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养，从学生已有的经验和社会生活实际出发，通过以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，改变学习方式，培养学生的创新精神和实践能力。

必修化学1目

标要求

课时教学目标

1

通过实验了解硅等非金属及其重要化合物的性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。

了解二氧化硅的用途和性质，了解硅酸的性质。

培养学生的比较能力和归纳能力。

增强学生的科学素养和爱国主义情感。

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2.2教学内容在不同版本教材中呈现方式分析

通过对三个不同版本化学教材（人教版、鲁科版、苏教版）内容的呈现方式进行分析，整合教材，形成本教学设计。分析如下：

人教版

情境线

知识线

SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元是图4-2（P75）所SiO2晶体是由和示的四面体，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在四个顶按1:2的比例所组成角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两的立体的网状结构的个四面体所共有。

晶体。

1.盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞。你知道1.原因：二氧化其中的原因吗？

硅能与氢氧化钠溶液2.沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。反应生成硅酸钠和你知道二氧化硅有哪些重要的应用吗？

水。

2.制光导纤维、单晶硅。

1.从物质分类的角度来看，二氧化硅属于哪类物质？

2.二氧化硅可能具有哪些化学性质？

1.酸性氧化物。

2.与碱反应；与碱性氧化物的反应。

苏教版

鲁科版

人教版教材的知识线是通过根据二氧化硅的存在形式及其结构来引导学生进一步学习其性质，体现了“结构决定性质、性质决定用途”的科学思想。苏教版和鲁科版教材则通过问题情境引导学生思考并探究二氧化硅的化学性质，符合新课改提倡的探究学习的理念。

所以，本教学过程通过问题线、活动线、知识线、方法线的思路进行设计，引导学生学会猜想、探究学习、合作学习以及归纳分析的方法。

2.3化学实验分析

本课时内容中涉及的实验4-1（人教版）是有关硅酸溶胶的制备[1]，安排在“硅酸”内容之中，符合学生的一般认识顺序。然而，苏教版教材和鲁科版教材却没有编入硅酸及其制备实验，需要教师在课堂中自行插入，进行演示或者让学生分组进行该实验。本节中“将稀盐酸滴入硅酸钠水溶液中制备硅胶”的实验与必修1中“分散系及其分类”中的胶体性质知识点和《化学反应原理》（选修4）的“难容电解质的溶解平衡”知识点相衔接。

由于硅酸溶胶受各种因素的影响，条件不同时，胶体的性质也不同，特别是硅酸溶胶在一定条件下发生凝聚。为此，在中国知网网站输入“硅酸”搜得两篇论文——《关于硅酸溶胶制备的探讨》[2]和《制备硅酸的实验研究》[3]。

《关于硅酸溶胶制备的探讨》建议，若固定Na2SiO3溶液的浓度为15%，盐酸 [1] 人民教育出版社化学室.普通高中课程标准实验教科书-化学(必修1) [M].北京:人民教育出版社,2007:74-76. [2]瞿双清.关于硅酸溶胶制备的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2000(2):57-60. [3]

蒯世定,刘怀乐.制备硅酸的实验研究[J].中学化学教学参考,2001(4):39-40. 2

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的浓度选在1.0moL/L—2.0moL/L之间，pH值控制在3.2—5.7或10.7—11.0之间为宜，而已制备酸性硅酸溶胶最佳。《制备硅酸的实验研究》指出，当混合溶液的pH值控制在3.0—5.0时，可得到室温下稳定的硅酸溶胶，加热该硅酸溶胶也不易凝聚。

因此，为了使本次试验效果更加明显，将Na2SiO3溶液的浓度定为15%，盐酸的浓度定为1.5moL/L，混合液的pH值控制在3.0—5.0之间。

3.学情分析

3.1学生已有的认知水平

本节课的教学对象为高一学生，学生已有知识和未知知识分析：

教学内容

二氧化硅和硅酸

学生已有知识

高中新知识

１．碳及其化合物的有关知识。

１．二氧化硅及硅酸的物２．知道二氧化碳属于酸性氧

化物，并能书写有关二氧化碳的化学反应方程式。

３．学习了化学必修１第三章

“金属及其化合物”的内容，具备了一定的元素化合物知识。

理性质及主要用途。

２．二氧化硅的主要化学性质。

３．硅酸的制备原理。

４．硅及其化合物在材

料等领域的应用。

3.2.学生学习本课可能会遇到的障碍点

由于高一学生接触元素化合物的学习时间较短，又没有原子结构和元素周期律的理论为依据，因此还没有形成完整的元素化合物学习的化学思想，不太会运用对比的思想学习硅及其化合物的性质和制备等。因此，在前期的教学中力图每节课逐步渗透这些思想作为铺垫，本节课通过分析二氧化碳和二氧化硅的结构，引导学生采用对比的学习方法，分析推导二氧化硅及硅酸的性质，帮助学生温故而知新，使学生在元素化合物的学习过程中形成一条完整、清晰的主线，从而建构元素化合物的知识体系。

第二部分：教学方案设计

普通高中化学课程标准要求：通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。

可以看出课程标准中对硅及其重要化合物的主要性质要求的行为动词为“了解”、“认识”，处于第二层级，依据教材内容、知识结构、学情分析、教学条件等制定教学目标如下所示。

4.教学目标

4.1知识与技能

（1）了解硅在自然界中的含量、存在、用途；

3

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（2）了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质；

（3）初步培养学生自主查阅资料的能力；

（4）使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能。

4.2过程与方法

（1）培养学生自主学习、探究学习、合作学习的能力；

（2）通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的归纳能力、比较能力。

4.3情感态度与价值观

（1）培养学生学习元素化合物的正确方法“结构决定性质、性质决定用途”；

（2）树立学生“从生活走进化学，从化学走向社会”的理念；

（3）通过对硅及其用途的学习使学生热爱自然、热爱化学，增强学生的科学素养。

5.教学重难点

5.1教学重点

（1）了解二氧化硅的用途、性质；了解硅酸的性质。

（2）确定依据：课程标准中的要求为“了解硅及其重要化合物的主要性质”，故本课时的重点为二氧化硅和硅酸的用途、性质。

5.2教学难点

（1）了解二氧化硅的性质、空间结构。

（2）确定依据：学生对于涉及到原子—分子论的微观实质和化学符号的运用时往往会感到困难，二氧化硅的空间结构需要用球棍模型展示，其化学性质需要用化学反应方程式来表达，所以本节课的难点是其空间结构和相关反应方程式的书写。

6.教学策略

复习旧知识，

巩固新课

回忆旧知识

自然图片导入新课

欣赏图片

多媒体播放幻灯片

开始

4

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7.教学仪器

7.1教学媒体

便携式多媒体教学设备（Windows7,Microsoft office2010）。

7.2实验仪器

硅酸钠溶液（15%），稀盐酸（1.5moL/L），稀硫酸，稀硝酸，氢氟酸，酚酞试液，胶头滴管，二氧化硅（s）。

结束

课堂总结

总结归纳，得出结论

指导、评价

小组实验

展示实验结果

给出结构，提问

对比归纳，交流讨论

8．教学过程

知识点

教师活动

学生活动

设计意图

5

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1.

多媒体播放幻灯片：（1）锦绣中华——巍巍昆仑山、奇峰险峻的华山和气势磅礴的泰山；（2）广袤土地——塔克拉玛干大沙漠、美丽的长江三角洲。

2.

提问：我们生存的地球，她坚硬的地壳是由什么构成的？岩石，构成岩石的主要成分是硅酸盐及硅的氧化物。

3.

多媒体投出课题：无机非金属材料的主角——硅

硅

1.

欣赏美丽图片，2.

增强学生升华爱国情感。

对祖国大

好河山的热爱，培养爱国主义情感。

3.

激发学生学习化学的兴趣。

1.

回顾初中有关原子结构示意图的知识。

2.

硅原子结构示意1.

推进新课。

2.

复习巩固旧知识。

1.

从古至今，在无机非金属材料中，硅一直都扮演着主要的角色，多媒体播放幻灯片——中国古代的瓷器、现代的太阳能热水器。

图：

2.

硅原子的结构示意图？

3.

碳原子的结构示3.

初中学过的哪个原子的结构示意图和意图与硅原子的硅的相似？

结构示意图相似。

1.

硅与碳原子结构相似，在反应中，硅既1.

回忆初中有关化不容易失去电子，也不容易得到电子，合价的知识。

主要形成正四价的共价化合物。

2.

硅在自然界中主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在，最常见的沙子中，就含有硅的氧化物——SiO2。

1.【板书】一、二氧化硅和硅酸

2.

在自然界中有大量游离态的碳，但却没有硅，这说明了什么？

1.回忆相关游离态和化合态知识

1.

【板书】1.二氧化硅（SiO2）

1.

看书了解二氧化SiO22.

SiO2自然存在状态？CO2自然存在状硅（SiO2）的俗的结态？

名及在地壳中的构和3.

C、Si原子结构相似，形成的氧化物CO2、含量。

用途

SiO2性质却有很大的差别，请思考，这2.

交流讨论。

主要是什么原因构成的？引导学生从“结构决定性质”方面来思考问题。

1.

多媒体动画［SiO4］的正四面体结构。

1.

仔细观察SiO2与1.

扩大学生2.

多媒体动画“干冰”的空间结构示意图。

CO2的结构，找出的视野，3.

总结：SiO2与CO2的性质有明显差别，不同。

增加化学其根本原因在于它们的空间结构不同。

2.

素养。

1.

多媒体播放幻灯片——SiO2的用途（水1.

欣赏图片，联系晶、玛瑙、石英坩埚、一段光缆等图片）。

生活实际。

6

中学化学教材研究与教学设计

1.

SiO2的物理性质有哪些？化学性质有哪些？并注意与CO2作比较。

2.

以上的图片告诉我们SiO2难溶于水，熔点很高，化学性质也很稳定，现在让我们通过实验来证明。

1.

结合已有的关于

水晶、沙子主要成分是SiO2的知识。

2.

小组交流讨论、做出假设。

1.

活动探究：SiO2分别与盐酸、H2SO4、HNO3、1.

小组实验，小组HF（氢氟酸）反应。

总结结论。

2.

请学生到黑板填写实验现象（反应方程2.

派出代表表达本式）及结论。

组的实验和讨论的结果，并与全班进行分享。

SiO2的化学性质

1.

从上面的可以总结出HF是唯一可以与1.

联系SiO2的化学

SiO2反应的酸。

性质思考。

2.

【板书】SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O

3.

一般玻璃都是光滑、透明的，但是，同学们也常见到一些玻璃制品,如玻璃镜、门窗等画有许许多多美丽的图案，这些图案是怎么“绘上”去的呢？——利用氢氟酸和SiO2反应的原理。

1.

已知SiO2是酸性氧化物，结合初中的知1.

对比CO2，联系初识，请同学们说出SiO2还可能具有哪些中学过的酸性氧性质？

化物的通性。

2.

请分别写出CO2、SiO2与H2O、CaO、Na2O、2.

回答：与水的反Ca（OH）2

、NaOH反应的化学方程式。

应；与碱反应；3.

SiO2具有酸性氧化物的通性，与碱反应与碱性氧化物反生成盐和水。

应。

4.

实验室装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，这是为什么？

1.

培养学生对比分析问题、解决问题的能力。

2.

加强学生化学方程式的书写能力。

1.

培养学生的基本实验操作技能。

2.

加强学生运用知识的能力。

1.

SiO2难溶于H2O，其对应的水化物叫硅酸，硅酸也难溶于水。在实验室里用可溶性的硅酸盐与其他酸反应而制得。

2.

把稀盐酸滴加到Na2SiO3溶液中，可能发生什么现象？该反应的原理是什么？

3.

把CO2通入Na2SiO3溶液中，会发生什么硅胶

现象？

1.

多媒体展示几包干燥剂，分别展示其成分，有的是生石灰，有的是“硅胶”，什么是硅胶？

2.

展示硅胶的用途。

1.

SiO2的主要性质。

课堂2.

硅酸的制备及应用。

总结

7

1.

小组进行实验4-1，记录实验现象，思考、交流讨论其原因。

2.

小组派代表在黑板写出实验现象、反应原理和反应方程式。

1.

看书P76页相关

介绍。

2.

上网查阅有关“硅胶”的资料。

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9.板书设计

第一节

无机非金属材料的主角——硅（第1课时）

一、

二氧化硅和硅酸

1.

二氧化硅（SiO2）

（1）

SiO2的存在：

（2）

SiO2的结构：

（3）

SiO2的用途：

（4）

SiO2的性质：

①物理性质：

②化学性质：

2.

硅酸（H2SiO3）

（1）

制备：

（2）

性质：

（3）

用途：

3.小结

10.教学评价

10.1学生自我评价量表

课时题目：

评价人

授课人

A(5分)

星期

等级

评价维度

评价指标

1.进行了认真的预习，知道本节课的重难点。

知识与技能

3.了解硅酸的性质和用途。

4.会书写二氧化硅、硅酸相关反应方程式。

B(4分)

C(3分)

D(2分)

E(1分)

2.了解二氧化硅的结构、性质及用途。

1.合理地安排好听课、做笔记、思考、

练习之间的关系。

过程与方法

2.独立思考，提出与他人不同的见解。

3.

在以后学习元素化合物知识时会有意识的运用实验和理论分析的方法。

4.与同学进行积极主动的交流讨论。

情感态度

1.升华了对祖国大好河山的热爱。

8

中学化学教材研究与教学设计

与价值观

2.体会了自主学习、探究学习与合作学习的乐趣。

3.提高了科学素养，增强了学习化学的兴趣。

4.进一步理解了“从生活走进化学，从化学走向社会”的教育理念。

10.2教师评价量表

授课题目：

教师

评价维度

授课班级

星期

等级

评价指标

1.三维目标定位准确，符合课标要求

A(5B(4C(3D(2E(1分) 分) 分) 分) 分)

教学2.符合学生实际、符合教材要求。

目标

3.明确、合理、具体、可操作。

1.

知识结构合理，突出重点、兴趣点，难易适度。

教学2.符合知识的逻辑顺序、符合学生的认识顺序、符合内容

学生的心理发展顺序。

3.融入学生经验之中，注重学生实际，适量拓展。

1.注重情境创设，营造民主、和谐、开放的学习氛围。

2.

引导学生主动、合作学习，组织多种形式探究、

教学讨论、交流等活动，培养发现和解决问题的能力。

过程

3.

激活学生思维，能大胆质疑问难，发表不同意见，

以学生问题为出发点，形成动态生成的教学过程。

1.语言生动，声音洪亮，富有感染力。

2.板书规范，书写得体。

教师3.有较强的组织能力、协调能力、管理能力以及创新素养

能力，注重教学资源的开发与利用。

4.答疑与解惑。

三维1.绝大多数积极参与互动。

目标2.学会了一定的学习和分析问题的方法。

达成3.学生的情感、态度和价值观都得到相应的发展。

情况

总评

（等级评语）

11.课后拓展活动

1.用本节课所学的知识，在一玻璃片上用氢氟酸雕刻出美丽的图案，图案自9

中学化学教材研究与教学设计

行设计。（提示：可以先在一玻璃片上涂上一层石蜡，然后画出图案，把氢氟酸滴在图案上，过一段时间，去掉石蜡，观察）

2.

上网查找资料：光纤之父——高锟。

3.

利用实验室常见的仪器及药品，设计一简单实验，证明硅酸的酸性比碳酸弱，完成一份实验报告。

12.教学反思

教学反思量表

课时题目

反思方面

教材内容分析

学习者特征分析

教学目标设计

导课技能

教学过程设计

活动的设计、组织和管理

提问技能

板书设计

教学总结

无机非金属材料的主角——硅（第1课时）

反思情况

反思人

13.导学案

课前预习学案

【硅】

１．物理性质

硅是良好的

材料

２．化学性质

（硅最外层

个电子，故化学稳定性很

．）

（１）与强碱NaOH反应

（２）与氢氟酸反应

（３）加热和高温下，与一些非金属反应

Si + O2

Si + Ｆ2

10

中学化学教材研究与教学设计

３．硅的制备

（1）将石英砂（SiO2）和焦碳在电炉中高温反应生成粗硅和一氧化碳，化学方程式为：

（2）粗硅转变为纯硅：Si(粗)+2Cl2

（３）SiCl4+2H2

4．硅的用途

【二氧化硅】

（Si与O按

的比例组成的

状原子晶体。）

１．物理性质

SiO2

溶于水，熔点

，硬度

。

２．化学性质

（化学稳定性很

，与水不反应。）

（１）与氢氟酸反应

（雕刻玻璃）

【与其它酸不反应】

★氢氟酸如何盛装？★

（２）具有

性氧化物的通性：

①与生石灰反应：

②与烧碱溶液反应：

★盛NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞★原因

３．用途

【硅酸】

1．硅酸的性质

硅酸在水中的溶解度

，酸性

H2CO3。

2．硅酸的制备

可溶性硅酸盐＋酸：如Na2SiO3+HCl=

Na2SiO3+CO2+H2O=

★

用二氧化硅和水行吗？★

３．用途：“硅胶”干燥剂，催化剂载体等

课内探究学案

一、学习目标

1.认识硅及其重要化合物的性质和用途。

2.记住硅和二氧化硅的晶体结构以及重要化学性质。

学习重难点：二氧化硅的化学性质。

二、学习过程

[导课]问题：

1、结合元素周期表回答：非金属元素种类？在周期表中的位置? 2、地壳中氧和硅的含量？

11

中学化学教材研究与教学设计

3、影响大气质量的气态氧化物主要有哪些？

硅在地壳中的含量仅次于

，为

，硅的

和

构成了地壳中大部分的

、

和

。

约占地壳质量的

以上。硅在元素周期表第

族，原子结

构示意图为

。在化学反应中原子既不易

又不易

电子，主要形成

化合物。

碳和硅的比较

原子结构示意图

碳

硅

主要化合价

一：二氧化硅和硅酸

硅是一种

元素，主要以

及

形式存在。

1：二氧化硅

(1)：SiO2是硅最重要的

，天然二氧化硅称为

，约占地壳的

，存在状态有

和

。

二氧化硅的结构（代表硅原子；代表氧原子）

(2)：SiO2是原子晶体。1个Si原子与周围的4个O原子形成4个共价键，每1个O原子与两个Si原子相结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按1：2的比率所组成的立体网状原子晶体，我们通常用“SiO2”的式子表示二氧化硅的组成。

(3)：石英晶体是结晶的

，具有不同的

和

。

石英中无色透明的晶体叫

，具有彩色环带状或层状的称

。SiO2是原子晶体，是网状结构。

二氧化硅可用来做光导纤维；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。

(4) SiO2的物理性质是是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。

12

中学化学教材研究与教学设计

氧化硅能与 成相应的盐和水，是一种 氧化物，它不能溶于水得到相应的酸——硅酸。

酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与 发生反应，这也是工业上用 雕刻玻璃的反应原理。 二氧化硅的主要化学性质：

不溶于水的 性氧化物，能与 反应

1、酸性氧化物

SiO2+2NaOH= SiO2+CaO=== 2、特殊性：SiO2＋ HF＝

［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：硅酸

(1)：硅酸是一种比碳酸还要

的酸，溶解度

，硅酸是通过可溶性

与其他酸反应制得，Na2SiO3＋H2SO4—

。生成的H2SiO3形成

(2)：硅胶

，吸附

能力强。常用作实验室、

、

的

。也可做

。

(3)：实睑4—1 实验

在滴入酚酞的饱和硅酸钠溶液中逐滴滴入稀盐酸

现象

化学方程式

［演示实验］取两根一样的干燥布条(其中一根在硅酸钠溶液中浸过)在火焰上燃烧。

实验

点燃晾干蒸馏水的布条

点燃晾干的硅酸钠布条

现象

两根布条燃烧的情况一样吗？现象有何不同？

课后练习与提高

1．下列物质中主要成分不是二氧化硅的是

（

）

13

中学化学教材研究与教学设计

A．硅胶

B．水晶

C．玛瑙

D．硅石

（

）

2．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中

A．具有玻璃塞的细口瓶

C．带滴管的滴瓶

B．具有玻璃塞的广口瓶

D．具有橡胶塞的细口瓶

3．可以用来制取半导体材料（如大规模集成电路）的是

（

）

A．二氧化硅

B．粗硅

C．高纯硅

D．硅酸盐

（

）

4．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是

A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水

B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2

D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀

5．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是

（

）

A．CO2→H2CO3

C．Na2O2→Na2CO3

6．在SiO2+3CB．SiO2→Na2SiO3

D．SiO2→H2SiO3

SiC+2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为

（

）

B．60∶36

C．2∶1

D．1∶2 A．36∶30

7．用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：

（1）计算机芯片的主要成分是

；

（2）光导纤维的主要成分是

：

（3）目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是

；

（4）用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为

的化合物

；

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