5.3 无机非金属材料 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）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 教学目标： 1.能了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在建设中发挥的重要作用。 2.能了解品体硅、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。 素养目标： 1.证据推理与模型认知：能基于硅原子结构及在周期中位置的证据推理出硅是优良半导体。 2.科学态度与社会责任：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： 教学重点：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 教学难点：硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途 教学过程： 任务1：一、传统硅酸盐材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5－8所示。每个Si结合4个O ， Si在中心， O在四面体4个项角；许多这样的四面体还可以通过项角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 问题1.什么是陶瓷，它有什么用途 陶瓷是以_____（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。用途：用于生产________、________、________、_________等 问题2.什么是玻璃，它有什么用途 普通玻璃主要成分是_______、_______、和_____，它是以_____、______、_______（主要成分是_____）为原料，经混合、粉碎，在中_______熔融，发生复杂的__________变化而制得的。 玻璃可用于生产__________、_________和_________，还可制造________用于高强度复合材料等。 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。 问题3.什么是水泥，它有什么用途 普通硅酸盐水泥的生产以_____和_______为主要原料。二者与其他辅料经____、_____后在___________中煅烧，发生复杂___________变化，加入适量______调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。______、_____和_____等与水混合可以得到混凝土，大量用于______和_____工程。 任务2：二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 问题(1)硅元素在周期中处于什么位置 _________________,正好位于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最广的_______材料。 问题(2)硅元素在自然界以什么形式存在：主要以_______(如地壳中的大多数矿物)和______(水晶、玛瑙)的形式存在。 问题(3)工业上怎么制备高纯硅： 高纯硅的制备 工业上制备高纯硅，一般需要选制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将精硅转化为三氯硅烷(SiHCl3),再经氢气还原得到高纯硅。 涉及的主要反应： 问题(4)硅有哪些用途 高纯硅广泛用于通信设备和新能源技术等领域。利用其_______性能可以制成计算机、信息技术和家用电器等的_____，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的______________。 问题(5)二氧化硅有哪些用途 二氧化硅可用来生产__________。_________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。 2什么是新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如，碳化硅(SiC)俗称_______，其中的碳原子和硅原子通过_______连接，具有类似金刚石的结构，_____很大，可用作砂纸和砂轮的_____。碳化硅还具有优异的高温_______性能，使用温度可达1600℃，大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温_________、耐高温_