《无机非金属材料》教学设计【高中化学必修2(新课标)】.docx

无机非金属材料教学目标1、通过阅读和讨论。了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用 途、知道普通玻璃的成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。2、通过学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无 机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。3、结合身边的生活用品、 电子产品、 建筑物等用到的无机非金属材料， 感受化学就在身边， 化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感。 教学重难点重点：玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻 璃的主要成分。难点：粗硅的提存 教学过程一、导入新课材料是人类赖以生存和发展的物质基础， 人类使用的材料除了金属材料， 还有无机非金属材 料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高 等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高， 一批新型无机非金属材料相继诞生， 成为航空、 航天、 信息和新能源等高技术领域必需的材 料。传统无机非金属材料有哪些？新型无机非金属材料有哪些？这些无机非金属材料各有什 么特性和用途？让我们通过本节的学习找到答案。二、讲授新课（一）硅酸盐材料1、无机非金属材料8 / 8耐高温、抗腐蚀、殛度高L特殊的光学.电学等性能性活磁用匚航天领域燉域童源领城症用時 航苦L新用含有无素硅.氧.碟等元素无机 非金届 材料2、传统无机非金属材料:【资料卡片】硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和0构成了硅氧四面体。每个 个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的 与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性， 难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。Si结合4个O, Si在中心，0在四面体的40相互连接，每个 0为两个四面体所共有，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、r原料 反应条件高温烧结 陶瓷历史青花瓷、唐三彩China盜都I应用 生产建筑材料.绝缘材料、曰用器皿.卫生洁具等is去対 能儿船电吒站it宦砂*时料r原料,工业设备玻璃窑 主要成分*I应用生产建笹材料、光学仪器*各种器皿f 制造玻璃纤维用于高强度复合材料等【思考与交流】普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗？高温SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2f高温SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2 f【资料卡片】生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好，折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。厂原料水泥回转窑调节水泥硬化速率水泥*沙子和碎石等与水混合工业设备水泥条件混凝十石膏白谢乍用（二）新型无机非金属材料1硅和二氧化硅(1)硅元素的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第位(2)硅的应用：半导体材料，集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等(3)硅的工业制取SQ2+2C竺Si+2C。t【资料卡片】高纯硅的制备工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl 3),再经氢气还原得到高纯硅。EtXJT QOC T图乩和丁业制备齊纯硅的伸:理示您国和仆的制収 HC1 反应 |一 籾壁的提纯$出述原一(4)二氧化硅二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。2新型陶瓷结构和过共价键连接 碳化硅J性能 硬度大砂纸和砂轮的詹料 陶瓷 高温抗氧化性能结构材料耐高温- 材料【科学技术社会】高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、 汽车发动机和高温电极材料等。压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬 声器、超声波探伤器和点火器等。透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。3. 碳纳米材料碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括、等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。 碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具电池有很高的强度。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。三、学习小结无机非金属材料陶童磋醸盐捕料+琏席 L水泥厂硅和二氧化样-新埜陶瓷-厂高温辆肉瓷-斥电削瓷-透明剛覽L趨导隔瓷广富勒烯L碳纳米材料-啓纳来管L石墨烯性与应用四、达标检测1. 下列关于硅酸盐材料的说法错误的是 ( )A. 生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B .普通玻璃的主要成分是二氧化硅C陶瓷的主要原料是黏土D硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料答案 B解析 普通玻璃主要成分为 Na2SiO3、 CaSiO3 和 SiO2。2. 下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )A. 这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B. 在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质答案 D解析 水玻璃为硅酸钠溶液， 其化学性质稳定， 但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。3. 某博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器Al nSi2O5(OH)4。下列说法不正确的是 (A. 古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B. 高岭土为含水的铝硅酸盐C. n = 3D我国在新石器时代已能烧制陶器 答案 C解析 根据化合物中正负化合价代数和为1)= 0，解得 n= 2。4. 下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是 门窗玻璃 水晶镜片 石英钟表(婺州窑 )，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土)0 的规则：n X (+ 3)+ 2X (+ 4) + 5 X ( 2) + 4 X ()玛瑙首饰 硅太阳能电池 光导纤维 计算机芯片A. B.全部C. D.答案 A解析 玻璃、石英、水晶、玛瑙和光导纤维的成分中都含有二氧化硅，计算机芯片、硅太阳 能电池的主要成分是单质硅。5. 高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算 机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：CHCI过量H2SiO2高温-Si(粗)亦 SiHCQ -oo SK纯)下列说法不正确的是 ( )高温A. 步骤的化学方程式：SiO2+ C=Si + CO2 fB. 步骤中每生成 1 moI Si ，转移 4 moI 电子C. 步骤中的反应为氧化还原反应D. 高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 答案 A高温解析 步骤的反应方程式为 SiO22C=Si2COf。6. 下列物质与其对应的用途搭配不正确的是()A. 高能燃料一一火箭动力B. 石英砂一一制造光导纤维C. 半导体硅晶片 一一制造计算机芯片D .高强度耐火陶瓷 制造轮船答案 D解析 制造轮船材料为钢铁，不能选用高强度耐火陶瓷。