第四章 材料家族中的元素
第一节 硅 无机非金属材料（第1课时）教学设计
一、教学目标
1、知识技能目标
掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。
认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。
2、方法与过程目标
能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质。
3、情感态度与价值观目标
通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习，利用学生对高科技的浓烈兴趣，激发学生对化学的兴趣。
二、重点、难点
知识上重点、难点
硅单质及其化合物的性质，硅的制法
方法上重点、难点
查阅收集相关资料的方法，多角度思维能力，归纳类比能力。
三、教学准备
1．查阅相关资料，常见半导体材料有哪些？硅有哪些主要用途？
2．光导纤维的主要成分是什么？光通信比普通电缆通信有哪些优点？光纤除用于通信外，还可用于哪些领域？
四、教学设计
课题
硅 无机非金属材料
（第 1 课 时）
日期
2015-3-20
授课人
王海玲
单位
寿光中学
教师活动
学生活动
设计意图
引入：视频播放
神舟九号发射成功，太阳帆板展开。
板书：一、单质硅与半导体材料
学生结合自己预习的知识，展开思路。
创设情境，激活课堂气氛.
硅的物理性质简介
板书：1、硅的物理性质
出示：硅的教学模型
学生看教材，或学生代表发言。
识记硅的物理性质。
通过金刚石的球棍模型认识硅的结构。
硅的物理性质非常简单，学生自学即可。教材图文并茂，引起学生注意。
通过模型，让学生直观的认识硅的结构，进而了解它的物理性质。结构类比金刚石、非金属单质能导电类比石墨。充分利用类比的方法。
由半导体材料引出：
问题1：最早使用的半导体材料是什么？问题2：现代社会常用的半导体材料又是什么？问题3：半导体材料的发展史说明了在选择材料时注意什么？
学生回答
设置问题，层层递进，引导学生阅读教材，培养其归纳总结的能力。
由此引出硅的用途。
板书：2、硅的用途
问题4：单质硅除了做半导体材料外，还有哪些材料也离不开单质硅？
展示硅的主要用途之一——硅芯片。针对硅芯片，介绍科普资料“硅谷”。
展示硅用途图片。
学生看书后回答：晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池。
通过“导磁性——变压器铁芯、耐酸性——耐酸设备”渗透“性质决定用途”的思想，进而通过“结构决定性质”引出硅的化学性质。
板书：3、硅的化学性质:
①常温下硅的化学性质不活泼，
②加热时Si+O2 SiO2
提问：自然界中有没有游离态的硅存在呢？
展示：资料在线
问题5：你知道自然界或生活中含SiO2和硅酸盐的物质有哪些？
并展示水晶奖杯、玛瑙、玻璃制品、陶瓷制品、沙子、硅藻土等实物。
展示硅元素在地壳中的含量。
小组活动，交流研讨，代表发言
学生通过类比非金属单质的化学性质进一步预测硅的化学性质。
学生阅读，了解硅的存在形态为化合态
综合学生回答，得出答案：石英、玻璃与陶瓷；玛瑙、水晶和砂石。
适当回忆知识点，以温故知新，学生进一步加深对“类比”方法的理解。
实物是最好的教材。
阐明硅元素的丰富性。
进一步阐明硅元素的丰富性，为硅的工业制取埋下伏笔。
板书：3、硅的工业制法
给出<思考>：
1、如何利用学过的氧化还原知识将化合态的硅转化成游离态？
展示问题6：通过幽默诙谐的形式归纳粗硅提纯的“三部曲”。粗硅提纯分哪几步反应？
学生思考并回答
学生聆听，感悟粗硅和纯硅在现实生活中的用途是不一样的。
通过教材“练习与活动” P114T2（1）（2）①，归纳粗硅提纯的“三部曲”。 并用三个化学方程式表示。
学生核对答案。
工业上往往需要游离态的硅，但自然界没有。所以硅的制备原理就是将化合态的硅还原为游离的单质硅。通过如此提示，让同学看书归纳粗硅的工业制法。
让学生知道粗硅提纯的不易，感悟科学家孜孜不倦的科研精神。
过渡：粗硅变纯硅了，纯度能达到99.999999%以上，终于被“半导体老总”录用了。但二氧化硅能应聘什么工作呢？
板书：二、二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅的存在物理性质：
针对物理性质中的“熔点高、硬度大”，播放SiO2的结构动画和展示模型。
对主要成分是二氧化硅的水晶、砂石进行情景化材料组题。读《本草纲目》材料回答问题【问题7】：判断正误：1、水晶是“水的精华”、是由冰逐渐演变而成的。2、水晶和干冰的主要成分都是二氧化硅。3、砂石的主要成分是二氧化硅，水晶的主要成分是硅。
学生聆听。
学生观看的同时主动类比硅的性质和空间网状结构。
学生阅读。
三个判断题迅速给出答案。
通过诙谐的过渡引出本节第二部分。
二氧化硅的存在前面已经提及，二氧化硅的物理性质可让学生看着水晶实物去描述。
再次强调结构决定性质的思想。
围绕“二氧化硅”设置问题，出现“水晶”“冰”“干冰”关键词，意在通过干冰的成分二氧化碳引出二氧化硅的化学性质。
2、二氧化硅的化学性质
思考：二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物。以二氧化碳为例，说明酸性氧化物能跟哪些物质发生反应？
表解SiO2的化学性质（与CO2对比）。
学生小组讨论，代表发言，补充。
学生根据二氧化碳的化学性质预测二氧化硅的化学性质。
小组南边同学书写二氧化碳的方程式，北边同学书写二氧化硅的方程式，最后交换。
通过二氧化碳的物质类别、引出二氧化碳的化学性质，迁移出二氧化硅的化学性质。
以化学方程式的形式进行化学性质的小结，使学生对知识梳理得更条理。
交换思想，每人会有两种思想。通过这种合作交流的方式以节约课堂时间。表解形式，直观清晰，一目了然。
思考：在实验室，为什么盛装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞？
展示：瓶口瓶塞粘连在一起的试剂瓶；
用氢氟酸腐蚀过的玻璃片。
学生思考回答
学生观察并理解知识。
学生饶有兴趣地观察实物。
培养学生分析问题、迁移应用的能力。
实物是最好的教材。实验是最好的明证。氢氟酸腐蚀玻璃的实验毒性大，反应慢，教师事先在实验室做好，只给同学展示实验结果。
板书：3、二氧化硅的用途
展示：光导纤维实物
学生看教材后回答；
感悟“光导纤维”广泛用途。
让学生体会原材料变为可应用性的材料需要科学技术的支持。
教师提示如何进行课堂小结。
课堂练习1~4
学生回顾反思：本节课是否达到我们的学习目标？并进行自我评价。
实践活动：
1、2005年春晚描写两省对联：“黄山为九州增色，瓷器与中国同名”。查阅资料回答：“瓷器”与“中国”的英文分别是什么？两者有什么异同？
2、查阅陶艺制作的过程，感悟伟大的中华文明。
学生自己画出知识网络图，再对答案。
学生完成
学生反思。
学生课后完成
通过小结帮学生理顺本节的框架。
教学生进行自我反思与评价。
作业摆脱做题的惯例，充分发挥学生的主观能动性，能够激发学生学习化学的兴趣。
课后教师写出教后反思，并完善教师工作档案。
课后学生将一节课的重点、疑点、模糊点记入学习档案袋。
师生的“档案记录”有助于教学相长。
学生课堂学习评价表
学校：????????班级：??????学号：?????姓名：?????
项目
A级
B级
C级
个人评价
同学评价
教师评价
认真
上课认真听讲，思考，参与讨论态度认真
上课能认真听讲，思考，有参与讨论
上课无心听讲，极少参与讨论
积极
积极举手发言，积极参与讨论与交流.积极动手操作。
能举手发言，有参与讨论与交流.较积极动手操作
很少举手，极少参与讨论与交流. 极少动手操作。
自信
大胆提出和别人不同的问题，大胆尝试并表达自己的想法
有提出自己的不同看法，并作出尝试
不敢提出和别人不同的问题，不敢尝试和表达自己的想法
善于与人合作
善于与人合作，虚心听取别人的意见
能与人合作，能接受别人的意见。
缺乏与人合作的精神，难以听进别人的意见
思维的条理性
能有条理表达自己?的意见，解决问题的过程清楚，做事有计划
能表达自己的意见，有解决问题的能力，但条理性差些
不能准确表达自己的意思，做事缺乏计划性，条理性，不能独立解决问题
思维的创造性
具有创造性思维，能用不同的方法解决问题，独立思考
能用老师提供的方法解决问题，有一定的思考能力和创造性
思考能力差，缺乏创造性，不能独立解决问题
我这样评价自己：
同伴眼里的我：
老师的话：
注：1.本评价表针对学生课堂表现情况作评价
2.本评价分为定性评价部分和定量评价部分。
3.定量评价部分总分为100分，最后取值为教师评、同学评和自评分数按比例取均值；
4.定性评价部分分为“我这样评价自己”、“同伴眼里的我”和“老师的话”，都是针对被评者作概括性描述和建议，以帮助被评学生的改进与提高。
学生当堂学习效果评测结果及分析
课堂学习效果测评结果：本节课共36名同学参与学习，其中28名同学自评、同学评价A（90分以上），能积极思考发言，积极与组内同学讨论，对其他同学的评价合理中肯。6名同学B（80分—89分）,主动思考较少，能评价其他同学的观点。 2名同学C（80分以下），很少回答问题。原因是学生基础薄弱，思维比别人慢，注意鼓励。
《硅 无机非金属材料》评测练习之课堂巩固
1、下列各反应中硅元素被还原的是（ ）
A. Si+O2==SiO2
B. Si+2F2== SiF4
C. SiO2+2C==Si（粗硅）+2CO↑
D. Si+2NaOH+ H2O===Na2SiO3+ 2H2↑
2、下列说法中，错误的是 ( ) A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应 B．SiO2不能与任何酸发生反应 C．SiO2和CO2在一定条件下，均可与CaO发生反应 D．SiO2不溶于水，而CO2可与水反应，生成H2CO3
3、下列关于物质用途的叙述中，错误的是 （ ） A．硅可以用作制造变压器的铁芯材料 B．二氧化硅可用于制造光导纤维 C．石墨可用做绝缘材料 D．硅可以用作半导体材料
4、有下列溶液：A、NaOH 溶液 B、HF溶液 C、NaNO3溶液 D、NaCl溶液 其中，能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是 （填字母）,
只能用塑料瓶盛放的是 （填字母）.
《硅 无机非金属材料》评测练习之课后提升
1、制备粗硅的反应中，其中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 （ ）
A．5 : 2 B．3 : 1 C．1 : 2 D．2 : 1
2、下列关于硅的说法中，错误的是 ( )
A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
3、能证明二氧化硅是酸性氧化物的是 （ ）
A．高温下与碳反应 B．与氢氧化钠反应
C. 与氢氟酸反应 D．高温下与碳酸钙反应
4、下列物质中不能用化合反应制得的是 （ ）
①SiO2 ②H2SiO3 ③Na2O2 ④Al(OH)3 ⑤FeCl3 ⑥CaSiO3
A．① ③⑤ B． ②④⑥ C. ②⑤ D．②④
5、融化NaOH的坩埚可以选用 （ ）
A、瓷坩埚 B、石英坩埚 C、铁坩埚 D、铝坩埚
6、下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是 （ ）
A．CO2→H2CO3 B．SiO2→Na2SiO3
C．Na2O2→Na2CO3 D．SiO2→H2SiO3
7、下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是（ ）
A．都是非金属氧化物
B．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
8、下列说法正确的是( )
A．二氧化硅广泛用于光纤通讯
B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
9、除去下列各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质），请选择试剂和操作填表。
试剂：A．盐酸 B．烧碱溶液 C. 氧气 D．水
操作：①加热 ②过滤 ③结晶
含杂质的物质
所加试剂
主要操作
SiO2 （CaCO3）
SiO2（Si）
NaCl (SiO2)
课件35张PPT。 第四章 材料家族中的元素
第一节 硅 无机非金属材料
【学习目标】
1.知识技能：
掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。
了解硅、二氧化硅在信息技术材料科学领域中的应用。
2.方法与过程：
能归纳出相同类别物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质，通过“结构—性质—用途”的学习模式，逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法。
3.情感态度与价值观：
通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习，激发学生对高科技的浓厚兴趣。一、硅与半导体材料晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔点高，硬度大。物理性质物理性质1、硅的物理性质 现代通讯和计算机技术发展迅猛，单就广泛应用于计算机领域的半导体材料来说，请回答：最早使用的半导体材料是什么？ 现代常用的半导体材料又是什么？ 半导体材料的发展史说明了人们在选择材料时注意什么？【问题1】【问题2】【问题3】 材料的选择和广泛使用应该具备几个基本条件：来源丰富、生产工艺比较简单、比较经济以及相关的技术条件等。 除了做半导体材料外，单质硅还可以制造哪些材料？【问题4】电脑的中央处理器（CPU） 硅芯片的使用，使计算机的体积已缩小到笔记本一样大小了。 2、单质硅的主要用途【阶段小结】 地处美国加州北部旧金山湾以南，早期以硅芯片的设计与制造著称，因而得名，后来硅谷成为世界各国高科技聚集区的代名词 。
自80年代后，世界各国都建立起自己的硅谷，如美国波士顿的“第二硅谷”、“日本硅谷”、“韩国硅谷”等。中国也不例外，有北京中关村硅谷、上海浦东硅谷和广东深圳硅谷， 浙江杭州也有一个“天堂硅谷”。 科普资料硅谷集成电路太阳能电池晶体管硅整流器变压器铁芯含硅15%硅铁合金硫酸工厂的耐酸设备含硅4%导磁性耐酸性 非金属单质的化学通性与其他非金属单质反应
与金属单质反应思考
硅具备这些性质吗?
你能写出Si与O2反应的
方程式吗？交流研讨说明：
在常温下很稳定，不易与其他物质发生反应。
在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质反应，如氧气 、氯气。自然界中有没有游离态的硅存在呢？3、硅单质的化学性质思考
硅的这些反应条件有何特点？能说明什么问题？【阶段小结】资料在线
地球形成之初温度很高，使得硅只能以化合态存在；由于硅属于亲氧元素, 一旦和氧结合就很难被还原，所以即便后来地球的温度下降了，硅也没能被还原成单质。硅的存在形态
硅元素常以SiO2和硅酸盐的形式存在。你知道自然界或生活中含SiO2和硅酸盐的物质有哪些？【问题5】硅矿山石英、玻璃与陶瓷；玛瑙、水晶和砂石。 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。硅26.3%居第二位硅的工业制法工业上常以SiO2为原料来制取硅，试从氧化还原反应的角度分析， SiO2应与具有_______性的物质反应才能得到单质硅？还原氧化剂还原剂注意：
1、条件是高温。 2、碳被氧化为CO。
3、制得的硅为粗硅。 话说粗硅从电炉里诞生后，踌躇满志，心想，我得为人类做点事情。于是，他想到半导体材料需要他，便去应聘。不想，却被“半导体老总”拒之门外。粗硅十分苦闷，怎么也想不通自己为什么不被录用。同学们，你能帮粗硅分析一下原因吗？你能帮他竞聘成功吗？
（提示：通过教材“练习与活动” P114T2（1）（2）①，归纳粗硅提纯的“三部曲”。 请用三个化学方程式表示）【问题6】“半导体老总” 想录用99.999999%的高纯硅。 粗硅： 纯硅：粗硅提纯三部曲：【教材P114T2】二、二氧化硅与光导纤维二氧化硅广泛存在于自然界中。
沙子、石英、水晶的主要成分就是二氧化硅。1、SiO2的存在和物理性质：SiO2的物理性质：
(1)无色晶体；(2)不溶于水；
(3)熔点高； (4)硬度大。
SiO二氧化硅的晶体结构示意图二氧化硅的结构.SiO2
明代著名医学家李时珍在《本草纲目》中记述，水晶“辛寒无毒”，主治“惊悸心热”，能 “益毛发、悦颜色。” 水晶是一种颇为人们喜爱的宝石，在古代，称之为“水精”，即水的精华，此外还称之为“水玉”、“白附”、“玉晶”、“千年冰”、“菩萨石”、等。古希腊著名哲学家亚里斯多德也认为，水晶是由冰逐渐演变而成。
读材料判断正误：
1.水晶是“水的精华”、是由冰逐渐演变而成的。
2.砂石的主要成分是二氧化硅，水晶的主要成分是硅。
3.水晶和干冰的主要成分都是二氧化硅。【材料】【问题7】×××交流研讨SiO2 与CO2一样，都属于酸性氧化物。酸性氧化物具有哪些通性？
以CO2为例进行说明。与碱反应生成盐和水
与碱性氧化物反应生成盐
与水反应生成对应的酸【类比】 SiO2会具有这些性质吗？2、SiO2的化学性质（与CO2对比）均属于酸性氧化物CO2 ＋ CaO＝SiO2 ＋ CaO ==CO2 ＋2NaOH＝
SiO2 ＋2NaOH＝
CO2 ＋ H2O＝与碱性氧化物反应与碱反应与水反应SiO2 ＋ H2O＝2、SiO2的化学性质（与CO2对比）均属于酸性氧化物CO2 ＋ CaO＝CaCO3CO2 ＋2NaOH＝
Na2CO3+H2OSiO2 ＋2NaOH＝
Na2SiO3+H2OCO2 ＋ H2O＝H2CO3 不反应与碱性氧化物反应与碱反应与水反应（水玻璃）常用的矿物胶 想一想
为什么不用玻璃塞呢？（提示：
玻璃中含有SiO2）光导纤维光缆3、二氧化硅的用途 压电材料①通讯质量好；
②原料来源广；
③质量轻、耐腐蚀，铺设方便；
④抗干扰性能好，保密性好，不发生辐射。用于通讯外，还用于医疗、信息处理、
遥测遥控等。【课堂小结】请用箭头线将下列物质之间的转化关系补充完整（箭头上标明与之反应的物质）。
Si SiO2 Na2SiO3
CaSiO3
【课堂小结】 下列各反应中硅元素被还原的是（ ）
A Si+O2==SiO2
B Si+2F2== SiF4
C SiO2+2C==Si（粗硅）+2CO↑
D Si+2NaOH+ H2O===Na2SiO3+ 2H2↑
高温加热C【练习1】 下列说法中，错误的是 ( ) A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应 B．SiO2不能与任何酸发生反应 C．SiO2和CO2在一定条件下，均可与CaO发生反应 D．SiO2不溶于水，而CO2可与水反应，生成H2CO3【练习2】B 有下列溶液：A、NaOH 溶液 B、HF溶液 C、NaNO3溶液 D、NaCl溶液 其中，能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是 （填字母）只能用塑料瓶盛放的是 （填字母） AB【练习4】 下列关于物质用途的叙述中，错误的是 （ ） A．硅可以用作制造变压器的铁芯材料 B．二氧化硅可用于制造光导纤维 C．石墨可用做绝缘材料 D．硅可以用作半导体材料【练习3】C1、了解单质硅、二氧化硅的存在、性质、用途及硅的工业制法;
2、学会“根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质通性”的方法，强化“结构决定性质、性质决定用途”这种元素化合物知识的核心学习模式；
3、以材料为出发点，理论联系实际，特别是通过现代科技成就的介绍，激发学习化学的兴趣。 【回顾反思】本节课是否达到我们的学习目标？【实践活动】
1、2005年春晚描写两省对联：“黄山为九州增色，瓷器与中国同名”。查阅资料或网站回答：“瓷器”与“中国”的英文分别是什么？两者有什么异同？
2、查阅陶艺制作的过程，感悟伟大的中华文明。（网站http://chem.cersp.com/）谢谢大家!
