无机非金属材料 教学设计 高一下学期化学人教版(2019)必修第二册

《无机非金属材料》教学设计

料》

本节教学内容是人教版高中化学必修第二册第五章《化工生产中的重要非金属元素》第三节《无机非金属材料》。本节内容是典型的元素化合物知识，这一课时的教学内容主要是硅酸盐及新型材料。教材通过传统的硅酸盐材料，让我们认识硅及二氧化硅的简单性质和组成。二氧化硅是硅酸盐中的主要成分，也是构成硅酸盐的主要物质，其在工业生产中有极其重要的应用，可以说，没有硅酸盐产品，就没有我们的现代生活。通过玻璃、水泥、陶瓷，我们认识硅酸盐在我们日常生活中的重要应用，重点掌握这三种物质的化学组成；而通过新型硅酸盐材料，我们要认识到硅酸盐在高科技的现代生活中，也发挥着越来越重要的作用，有许多的高科技产品，都来自于硅酸盐材料。通过对硅酸盐的学习，要了解人类在不断的探索自然，学习自然的活动中，也充满了对自然界的改造和不断的进步.j2 另外，材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就没法留下美好的回忆；没有高纯的单晶硅就没有今天的电脑；没有特殊的新型材料，火箭就没法上天，人类的登月计划也无法实现，因此说材料的发展对我们的生活至关重要。从化学的角度来说，任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？接下来我们就来学习一下元素与材料之间的关系。在硅酸盐的生产制造过程中，我们要严格遵循新课程标准“关注人类面临的与化学相关的问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”的要求，加强环境教育，关注环境问题，要对我们的社会负责，也要对我们的环境负责。我们一定要培养学生科学的学习态度和方法，为社会的发展进步贡献自己的一份力量。

本节安排了“传统硅酸盐材料”，“新型无机非金属材料”这两部分内容。学生通过学习这部分知识，掌握传统硅酸盐材料的主要成分和基本的生产原理，知道新型无机非金属材料在现代生活中的重要应用。

宏观辨识与微观探析：通过传统硅酸盐材料，了解认识水泥、玻璃、陶瓷的组成成分和生

生产设备：玻璃熔炉

反应原理：复杂的物理、化学变化

SiO 2 + Na 2CO 3 Na 2SiO 3 + CO 2↑

SiO 2 + CaCO 3 CaSiO 3 + CO 2↑

主要成分：Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2

主要特性：非晶体，无固定的熔点

玻璃的种类

种类

特性 用途 石英玻璃 膨胀系数小，耐酸碱，

强度大，滤光 化学仪器，高压水银紫外灯，光导纤维，

晶体等

光学玻璃 透光性能好，有折光和

色散性 眼镜片，照相机，显望远镜用凸凹透镜等

仪器

玻璃纤维 耐腐蚀，不怕烧，不导

电，不吸水，隔热，吸

声，防蛀虫

太空飞行员的衣服，钢等 钢化玻璃 耐高温，耐腐蚀，强度

大，质轻，抗震裂 运动器材，微波通讯汽车，火车窗玻璃等

③水泥

生产原料：石灰石、黏土+适量石膏

（CaCO 3、 Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ） 生产设备：水泥回转窑

主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO 2)、硅酸二钙(2CaO•SiO 2) 铝酸三钙(3CaO•Al 2O 3)等

反应原理：复杂的物理、化学变化

主要特性：水泥具有水硬性

二、 新型无机非金属材料 高温

==== 高温

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1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？

优点：抗腐蚀、耐高温； 缺点：质脆、经不起热冲击。

2．新型无机非金属材料有哪些特性？

① 承受高温，强度高。② 具有光学特性。

③ 具有电学特性。 ④ 具有生物功能。

3.硅单质

①请画出碳和硅的原子结构示意图

分析：既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。

Si 位于元素周期表第三周期，第ⅣA ，处于金属与非金属过渡位置，为半导体材料

②存在及物理性质

硅在地壳中含量仅次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-----二氧化硅、硅酸盐

硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！

③单质Si 的制备 制粗硅SiO 2 +2C Si + 2CO ↑

在高温下让粗硅（Si ）与氯气（Cl 2）反应，其产物在高温下被氢气（H 2）还原而得到较纯的硅。

Si + 2Cl 2 SiCl 4 SiCl 4+2H 2 Si+4HCl

④用途

集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。

4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用

结晶形（石英晶体）---又可以分为水晶和玛瑙 硅石

无定形——硅藻土

高温

=== 高温

=== 高温 ===

SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅叫硅石；结晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用来制造光导纤维，具有优良的性能。

光导纤维主要特性：①抗干扰性能好，不发生辐射；①通讯质量好；①质量轻、耐腐蚀。

5、新型陶瓷材料

习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。

传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。

特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。

几种典型的新型无机非金属材料：

①高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀、抗氧化等，用于火箭发动机，汽车发动机和高温电极材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC--金刚砂）。

①压电陶瓷特点:主要有钛酸盐和锆酸盐,可实现机械能和电能的相互转化，用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和但火气等。

①透明陶瓷：氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙等类型；特点：耐高温、绝缘性好，用于高压钠灯，激光器和高温探窗。

①超导陶瓷：特点为某临界温度下电阻为0，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等。

6、碳纳米材料----富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯等

富勒烯-------笼形分子，以C60为代表。

碳纳米管-------石墨片层管状物，比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器。

石墨烯-------单层石墨，电阻率低，热导率高，强度高用于电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。

随堂练习：