“二氧化硅和硅酸”教學設計

齊小玲

摘 要：在人教版高中化學“二氧化硅和硅酸”的教學過程中，主要采用傳感器技術將實驗數據化、圖像化，拓展學生知識維度，同時引入光纖發展史教育，培養學生愛國意識。

關鍵詞：二氧化硅;傳感器;教學設計

一、探究背景

《普通高中化學課程標準（2017年版））》在學生化學學科核心素養的培養中指出：“高中化學學科核心素養是高中學生發展核心素養的重要組成部分，是學生綜合素質的具體體現，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現了化學課程學習對學生未來發展的重要價值。

二、教學設計

1、教材分析。本節為人教版必修1第四章第一節第1課時，教材按：二氧化硅→硅酸→硅酸鹽→硅單質編排。含硅材料大都以SiO2為原料制備，它與人們的生產、生活聯系密切，本節課在新課標中知識層面不做要求，但是本節課有助于培養學生的科學態度和社會責任意識。

2、教學目標。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，培養學生思辨能力。3.通過光纖發展史的介紹，增加學生的民族自豪感，樹立正確的社會價值觀。

三、教學過程設計

課前準備：查閱文獻，了解二氧化硅與氫氧化鈉反應以及氫氟酸的危害，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，同學們知道他們是怎么聯系在一起的呢？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，同學們知道沙子的主要成分嗎？它屬于那一類物質？

[學生]二氧化硅，氧化物

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

[學生]二氧化硅，氧化物，這三種物質分屬于酸性氧化物、兩性氧化物、堿性氧化物

[教師]同學們猜想一下二氧化硅是哪一類？為什么？

[學生討論得出結論]酸性氧化物，它與二氧化碳類似，都是非金屬氧化物

設計意圖：激發學生學習興趣，感受化學與生活聯系的緊密性。利用分類對比思想來學習物質

2、通過實驗驗證猜想

[教師引導]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的pH值變化情況。

[教師提問]實驗方案設計為什么要做①？根據數據繪制圖像，能得到什么結論？

[學生活動]繪制圖像，分組討論得出結論

[學生展示]分組完善結論：①是作對照，二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應很慢PH變化很小，二氧化碳卻反應較快。

[教師引導]都能跟堿反應卻反應快慢不一樣，那么跟酸反應呢？請同學們閱讀教材

[學生回答]二氧化硅不與鹽酸反應，卻與氫氟酸反應

[教師引導]那大家了解氫氟酸嗎？閱讀資料，說說你的看法。

[學生活動]分組討論，得出應對氫氟酸泄露的方法

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

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

設計意圖：通過傳感器技術使學生從本質理解酸性氧化物和堿反應，分析圖像培養學生利用化學知識來解決問題的能力，引入氫氟酸相關文獻，讓學生客觀看待化學有毒物質，培養環境保護意識。

3、硅酸制備

[教師引導]二氧化碳與二氧化硅都是酸性氧化物，我們發現二氧化碳可與潮濕的氧化鈣反應[2]，二氧化硅高溫與氧化鈣反應，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，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]取3ml適量的Na2SiO3溶液于試管中，滴入兩滴酚酞，觀察現象

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。

[學生活動]根據改進實驗，選取藥品，動手實驗

[教師引導]根據學生分組實驗，一部分同學看到的現象并不是膠狀，難道該部分同學實驗有問題？請同學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論

[學生活動]根據實驗結果，學生翻閱教材，分組討論

[學生展示]利用激光筆照射呈液態狀的產物，發現有丁達爾現象，得出液態的是硅酸溶膠而膠狀是硅酸凝膠，差異是硅酸濃度不同。

設計意圖：通過實驗使學生加深對膠體認識，理解本質，同時培養學生發現問題，分析問題，解決問題的能力

4、結構決定性質、性質決定用途

[教師引導]通過實驗，我們發現二氧化碳與二氧化硅雖然都是酸性氧化物，但是性質卻差別很大，結構決定性質，我們來看看這兩者微觀空間結構差異

[實物展示]二氧化硅和二氧化碳的空間結構模型

[學生觀察]發現構成空間結構的基本結構元不同，二氧化碳為分子，二氧化硅的為原子

[教師引導]性質決定用途，二氧化硅有哪些用途？二氧化碳有哪些？

[學生分組]討論匯總，由一位同學總結發言

[學生展示]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用，大家知道我們國家光纖的發展史嗎？請同學們觀看老師自制視頻，談談感受。

[學生發言]我們國家的光纖發展并不比發達國家晚多少年，國家的發展依賴于像趙梓森這樣偉大的科學家，他們是民族驕傲，向他們致敬。

設計意圖：通過設計結構決定性質、性質決定用途這條線，使學生對物質認識從微觀

到宏觀，在用途介紹加入光纖發展史，是為了激發學生的民族意識，樹立正確價值觀。

課后反思

本課堂充分體現了課標的要求，根據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，同時發現二者有差異，在此基礎閱讀教材，發現二氧化硅可與氫氟酸反應，引出矛盾為什么不是兩性氧化物，學生在教學過程中建立氧化物對比學習模型，發現問題，利用證據分析問題，解決問題。除此之外使用pH傳感器，讓學生了解到可利用先進儀器測試反應某些離子微觀變化。利用文獻資料，讓學生對有毒物質有自己客觀認識，培養環境保護意識，最后通過光纖發展史以及未來展望的教育，使學生感受科技改變生活，培養學生的社會責任意識。