5.3.《无机非金属材料》第二课时教学教案2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

人教版高中化学必修二 《无机非金属材料》第二课时 教学教案 课题名 《无机非金属材料》第二课时 教学目标 1．掌握硅和二氧化硅的性质。 2．掌握制工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。 3.感受新型无机非金属材料在社会主义建设中的重要作用，新型无机非金属材料对生活的改变。 教学重点 硅和二氧化硅的性质，工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。 教学难点 硅和二氧化硅的性质，工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。 教学准备 教师准备：PPT 学生准备：预习课本 教学过程 新课导入 硅在电子工业中重要作用：在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。 【设计意图】 用硅在电子工业中重要作用引入新课，从故事引发学生兴趣。 新课讲授 硅元素 学生活动：画出碳和硅的原子结构示意图 分析：既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。 硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。 碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。 新型无机非金属材料 新型无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两种。 高纯度的含硅元素的材料：如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料。 一些含碳、氮元素的物质。如碳化硅、氮化硅等，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。 一、硅 1、 硅元素的存在 ①存在：硅元素含量在地壳中居第二位。 硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 2.物理性质 结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。 3.化学性质 在常温下化学性质不活泼，只能与氟气、氢氟酸、强碱反应，加热可与一些非金属反应 Si+2F2==SiF4↑ Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2↑ Si+4HF == SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应) 还原性：加热(高温)三反应加热 Si+2Cl2==SiCl4高温 Si+C == SiC(金刚砂)加热 Si+O2 == SiO2 4、单晶硅的制备 ①工业制取粗硅 ②高纯硅的制备的完整流程 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。 粗硅在高温下跟氯气反应生成一种液体物质，经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。 思考：工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？ 5.用途：高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。 ①利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片； ②可以制成光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 二、二氧化硅 2、物理性质：熔沸点高、硬度大、不溶于水 思考：为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？ SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子，它是原子晶体 3、二氧化硅的用途 ①沙子是基本的建筑材料； ②纯净的SiO2是光学仪器和光导纤维的基本原料； ③水晶、石英和玛瑙可制作饰品和工艺品； ④水晶用来制造电子工业中的重要部件。 4、 化学性质 ①酸性氧化物 ②弱氧化性 ③与HF反应——唯一能与SiO2反应的酸 思考：1、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？ 2、实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？ 三、新型陶瓷 从组成上来分析，不再限于传统的硅酸盐体系。 1、特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 2、典型实例：碳化硅（SiC）（俗称金刚砂） 其中的碳和硅通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大。 性能：①硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料； ②具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3、其它新型陶瓷： 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。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，优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，用于高压钠灯、激光器和高温探测器等。 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、医疗及磁悬浮技术。 四、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，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 特别提示：碳纳米材