“二氧化硅和硅酸”教學(xué)設(shè)計

齊小玲

摘 要：在人教版高中化學(xué)“二氧化硅和硅酸”的教學(xué)過程中，主要采用傳感器技術(shù)將實驗數(shù)據(jù)化、圖像化，拓展學(xué)生知識維度，同時引入光纖發(fā)展史教育，培養(yǎng)學(xué)生愛國意識。

關(guān)鍵詞：二氧化硅;傳感器;教學(xué)設(shè)計

一、探究背景

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版））》在學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中指出：“高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是高中學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了化學(xué)課程學(xué)習(xí)對學(xué)生未來發(fā)展的重要價值。

二、教學(xué)設(shè)計

1、教材分析。本節(jié)為人教版必修1第四章第一節(jié)第1課時，教材按：二氧化硅→硅酸→硅酸鹽→硅單質(zhì)編排。含硅材料大都以SiO2為原料制備，它與人們的生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切，本節(jié)課在新課標(biāo)中知識層面不做要求，但是本節(jié)課有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任意識。

2、教學(xué)目標(biāo)。1.與二氧化碳對比了解二氧化硅是酸性氧化物。2.通過硅酸制備實驗，培養(yǎng)學(xué)生思辨能力。3.通過光纖發(fā)展史的介紹，增加學(xué)生的民族自豪感，樹立正確的社會價值觀。

三、教學(xué)過程設(shè)計

課前準(zhǔn)備：查閱文獻(xiàn)，了解二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)以及氫氟酸的危害，剪切視頻、錄制實驗視頻。

1、通過視頻引課

[教師]展示實物沙子，芯片，同學(xué)們知道他們是怎么聯(lián)系在一起的呢？觀看視頻。視頻告訴我們最不起眼的沙子可以做成最前沿的芯片，同學(xué)們知道沙子的主要成分嗎？它屬于那一類物質(zhì)？

[學(xué)生]二氧化硅，氧化物

[教師]請同學(xué)們回憶氧化物的分類，并思考以下物質(zhì)的分類二氧化碳、氧化鋁、氧化鈉

[學(xué)生]二氧化硅，氧化物，這三種物質(zhì)分屬于酸性氧化物、兩性氧化物、堿性氧化物

[教師]同學(xué)們猜想一下二氧化硅是哪一類？為什么？

[學(xué)生討論得出結(jié)論]酸性氧化物，它與二氧化碳類似，都是非金屬氧化物

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，感受化學(xué)與生活聯(lián)系的緊密性。利用分類對比思想來學(xué)習(xí)物質(zhì)

2、通過實驗驗證猜想

[教師引導(dǎo)]既然猜想它是酸性氧化物，那我們來看看它是否與二氧化碳跟堿反應(yīng)類似呢？

[實驗微課]：①取30ml濃度約為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液于小燒杯中，將pH計固定好，置于氫氧化鈉溶液中，打開軟件，測定其pH值變化，實驗完畢將pH計用緩沖溶液洗至pH值為7左右②取30ml濃度約為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液于小燒杯中，向其中加入一定量的二氧化硅，測定其pH值變化情況③采用同樣的方法測定二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的pH值變化情況。

[教師提問]實驗方案設(shè)計為什么要做①？根據(jù)數(shù)據(jù)繪制圖像，能得到什么結(jié)論？

[學(xué)生活動]繪制圖像，分組討論得出結(jié)論

[學(xué)生展示]分組完善結(jié)論：①是作對照，二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)很慢PH變化很小，二氧化碳卻反應(yīng)較快。

[教師引導(dǎo)]都能跟堿反應(yīng)卻反應(yīng)快慢不一樣，那么跟酸反應(yīng)呢？請同學(xué)們閱讀教材

[學(xué)生回答]二氧化硅不與鹽酸反應(yīng)，卻與氫氟酸反應(yīng)

[教師引導(dǎo)]那大家了解氫氟酸嗎？閱讀資料，說說你的看法。

[學(xué)生活動]分組討論，得出應(yīng)對氫氟酸泄露的方法

[教師引導(dǎo)]既然二氧化硅能和氫氟酸反應(yīng)也能和氫氧化鈉反應(yīng)，它是兩性氧化物嗎？

[學(xué)生回答]二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)是特性反應(yīng)，不具有普適性，所以它是堿性氧化物。

設(shè)計意圖：通過傳感器技術(shù)使學(xué)生從本質(zhì)理解酸性氧化物和堿反應(yīng)，分析圖像培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)知識來解決問題的能力，引入氫氟酸相關(guān)文獻(xiàn)，讓學(xué)生客觀看待化學(xué)有毒物質(zhì)，培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識。

3、硅酸制備

[教師引導(dǎo)]二氧化碳與二氧化硅都是酸性氧化物，我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳可與潮濕的氧化鈣反應(yīng)[2]，二氧化硅高溫與氧化鈣反應(yīng)，二氧化碳在高壓條件通入冷水可得碳酸溶液，二氧化硅卻無法與水反應(yīng)，那該如何制備硅酸呢？

藥品：硅酸鈉飽和溶液，稀硅酸鈉溶液，4mol/L鹽酸，酚酞，激光筆

[實驗方案改進(jìn)]取3ml適量的Na2SiO3溶液于試管中，滴入兩滴酚酞，觀察現(xiàn)象

用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺接近消失時停止，用激光筆垂直照射試管。

[學(xué)生活動]根據(jù)改進(jìn)實驗，選取藥品，動手實驗

[教師引導(dǎo)]根據(jù)學(xué)生分組實驗，一部分同學(xué)看到的現(xiàn)象并不是膠狀，難道該部分同學(xué)實驗有問題？請同學(xué)們看看自己實驗選用的硅酸鈉是稀的還是飽和的？閱讀教材分組討論得出結(jié)論

[學(xué)生活動]根據(jù)實驗結(jié)果，學(xué)生翻閱教材，分組討論

[學(xué)生展示]利用激光筆照射呈液態(tài)狀的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)有丁達(dá)爾現(xiàn)象，得出液態(tài)的是硅酸溶膠而膠狀是硅酸凝膠，差異是硅酸濃度不同。

設(shè)計意圖：通過實驗使學(xué)生加深對膠體認(rèn)識，理解本質(zhì)，同時培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力

4、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途

[教師引導(dǎo)]通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳與二氧化硅雖然都是酸性氧化物，但是性質(zhì)卻差別很大，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，我們來看看這兩者微觀空間結(jié)構(gòu)差異

[實物展示]二氧化硅和二氧化碳的空間結(jié)構(gòu)模型

[學(xué)生觀察]發(fā)現(xiàn)構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)元不同，二氧化碳為分子，二氧化硅的為原子

[教師引導(dǎo)]性質(zhì)決定用途，二氧化硅有哪些用途？二氧化碳有哪些？

[學(xué)生分組]討論匯總，由一位同學(xué)總結(jié)發(fā)言

[學(xué)生展示]二氧化硅可以做建筑材料、制備硅、石英坩堝、光纖，二氧化碳滅火、舞臺煙霧效果

[教師拓展]光纖是二氧化硅重要的應(yīng)用，大家知道我們國家光纖的發(fā)展史嗎？請同學(xué)們觀看老師自制視頻，談?wù)劯惺堋?/p>

[學(xué)生發(fā)言]我們國家的光纖發(fā)展并不比發(fā)達(dá)國家晚多少年，國家的發(fā)展依賴于像趙梓森這樣偉大的科學(xué)家，他們是民族驕傲，向他們致敬。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途這條線，使學(xué)生對物質(zhì)認(rèn)識從微觀

到宏觀，在用途介紹加入光纖發(fā)展史，是為了激發(fā)學(xué)生的民族意識，樹立正確價值觀。

課后反思

本課堂充分體現(xiàn)了課標(biāo)的要求，根據(jù)已有知識二氧化碳是酸性氧化物，推斷二氧化硅也為酸性氧化物，同時發(fā)現(xiàn)二者有差異，在此基礎(chǔ)閱讀教材，發(fā)現(xiàn)二氧化硅可與氫氟酸反應(yīng)，引出矛盾為什么不是兩性氧化物，學(xué)生在教學(xué)過程中建立氧化物對比學(xué)習(xí)模型，發(fā)現(xiàn)問題，利用證據(jù)分析問題，解決問題。除此之外使用pH傳感器，讓學(xué)生了解到可利用先進(jìn)儀器測試反應(yīng)某些離子微觀變化。利用文獻(xiàn)資料，讓學(xué)生對有毒物質(zhì)有自己客觀認(rèn)識，培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識，最后通過光纖發(fā)展史以及未來展望的教育，使學(xué)生感受科技改變生活，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任意識。