無(wú)機(jī)非金屬材料（教案）

名校聯(lián)誼|優(yōu)質(zhì)資源速遞，讓教與學(xué)更容易7/7第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過(guò)傳統(tǒng)硅酸鹽材料，了解認(rèn)識(shí)水泥、玻璃、陶瓷的組成成分和生產(chǎn)過(guò)程。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過(guò)硅酸鹽的工業(yè)生產(chǎn)原理，認(rèn)識(shí)到工業(yè)生成就在我們身邊，要學(xué)會(huì)理論知識(shí)和生產(chǎn)的結(jié)合，通過(guò)理論和生產(chǎn)的結(jié)合激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：從現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計(jì)探究方案，探究新型無(wú)機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)原理，在探究中互利合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神?？茖W(xué)精神與社會(huì)責(zé)任：激發(fā)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象探究本質(zhì)的興趣，尊重科學(xué)，認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；通過(guò)參與探究過(guò)程，培養(yǎng)自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和辯證分析能力。同時(shí)，我們也要注重化學(xué)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，注重理論聯(lián)系實(shí)際。教學(xué)重難點(diǎn)硅酸鹽的組成成分。教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課步兵戰(zhàn)車(chē)應(yīng)用了一種新型才傲的發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，可使其不易被紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)并被紅外制導(dǎo)武器所摧毀。那么你知道這種陶瓷在化學(xué)上屬于什么材料嗎？講授新課第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料1.以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。(2)反應(yīng)條件：高溫。(3)反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。(4)生成物：硅酸鹽。資料卡片二氧化硅：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)，決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)。二氧化硅中沒(méi)有單個(gè)分子，用SiO2來(lái)表示二氧化硅的組成,表示Si與O的原子個(gè)數(shù)比為1:2,所以不是分子式而是化學(xué)式。2.①陶瓷（china）生產(chǎn)原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）生產(chǎn)設(shè)備：陶瓷窯生產(chǎn)過(guò)程：混合-成型-干燥-燒結(jié)-冷卻反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型②玻璃生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2）生產(chǎn)設(shè)備：玻璃熔爐反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化高溫高溫====SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑高溫高溫====SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要特性：非晶體，無(wú)固定的熔點(diǎn)玻璃的種類種類特性用途石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈，紫外燈，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片，照相機(jī)，顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡用凸凹透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕，不怕燒，不導(dǎo)電，不吸水，隔熱，吸聲，防蛀蟲(chóng)太空飛行員的衣服，玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫，耐腐蝕，強(qiáng)度大，質(zhì)輕，抗震裂運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，汽車(chē)，火車(chē)窗玻璃等③水泥生產(chǎn)原料：石灰石、黏土+適量石膏（CaCO3、Al2O3·2SiO2·2H2O）生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)

鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要特性：水泥具有水硬性二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料1．傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫；缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。2．新型無(wú)機(jī)非金屬材料有哪些特性？①承受高溫，強(qiáng)度高。②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。④具有生物功能。3.硅單質(zhì)①請(qǐng)畫(huà)出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖分析：既不易失去電子，又不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。Si位于元素周期表第三周期，第ⅣA，處于金屬與非金屬過(guò)渡位置，為半導(dǎo)體材料②存在及物理性質(zhì)硅在地殼中含量?jī)H次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形態(tài)：沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)二氧化硅、硅酸鹽硅單質(zhì)：灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，是很好的半導(dǎo)體材料！高溫===③單質(zhì)Si高溫===制粗硅SiO2+2CSi+2CO↑在高溫下讓粗硅（Si）與氯氣（Cl2）反應(yīng)，其產(chǎn)物在高溫下被氫氣（H2）還原而得到較純的硅。高溫===高溫===高溫===Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl④用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽(yáng)能電池、硅的合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯等。4.二氧化硅（硅石）存在及應(yīng)用結(jié)晶形（石英晶體）又可以分為水晶和瑪瑙硅石無(wú)定形——硅藻土SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅叫硅石；結(jié)晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用來(lái)制造光導(dǎo)纖維，具有優(yōu)良的性能。光導(dǎo)纖維主要特性：①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕。5、新型陶瓷材料習(xí)慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷是以粘土、長(zhǎng)石、石英等天然礦物為原料經(jīng)燒結(jié)而成的。特種陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。幾種典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料：①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕、抗氧化等，用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC--金剛砂）。②壓電陶瓷特點(diǎn):主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)化，用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和但火氣等。③透明陶瓷：氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣等類型；特點(diǎn)：耐高溫、絕緣性好，用于高壓鈉燈，激光器和高溫探窗。④超導(dǎo)陶瓷：特點(diǎn)為某臨界溫度下電阻為0，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等。6、碳納米材料富勒烯（C60）、碳納米管、石墨烯等富勒烯籠形分子，以C60為代表。碳納米管石墨片層管狀物，比表面積大，具有高強(qiáng)度和電學(xué)性能，用于生產(chǎn)復(fù)合材料，電池、傳感器。

石墨烯單層石墨，電阻率低，熱導(dǎo)率高，強(qiáng)度高用于電器元件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等。隨堂練習(xí)：下列敘述錯(cuò)誤的是（）

A.硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在B.硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料

C.高純度的硅可用于制造計(jì)算機(jī)芯片D.二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃答案為：A2.有下列物品或設(shè)備：①陶瓷餐具②磚瓦③混凝土橋墩④門(mén)窗玻璃⑤水晶鏡片⑥石英鐘⑦水晶項(xiàng)鏈⑧硅太陽(yáng)能電池⑨光導(dǎo)纖維⑩計(jì)算機(jī)芯片（1）用到硅單質(zhì)的是______．（用序號(hào)填寫(xiě)，下同）（2）所用材料主要為SiO2的是______．（3）所用材料主要成分為硅酸鹽的是______．答案為：（1）⑧⑩；（2）⑤⑥⑦⑨；（3）①③④。2..氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發(fā)生反應(yīng)成SiF4和H2O。請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。想一想為什么可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產(chǎn)磨砂玻璃。答案：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。玻璃種含有二氧化硅，所以可以用來(lái)制造磨砂玻璃。4.SiO2是一種酸性氧化物，能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)。例如，SiO2與NaOH反應(yīng)可生成Na2SiO3。Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，可以用作粘合劑和防火劑。實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液的試劑瓶應(yīng)使用橡膠塞，而不用玻璃塞。請(qǐng)解釋原因，并寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。答案：用玻璃塞會(huì)導(dǎo)致瓶塞、瓶口黏結(jié)在一起SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O5.氮化硅是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，它的熔點(diǎn)高，硬度大，電絕緣性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但生產(chǎn)成本較高。

(1)根據(jù)以上描述，氮化硅可能有哪些用途：_____(填字母)

a.制作坩堝b.用作建筑陶瓷c.制作耐高溫軸承d.制作切削刀具

(2)請(qǐng)寫(xiě)出氮和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并根據(jù)元素周期律知識(shí)，寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式。(3)氮化硅在19世紀(jì)已經(jīng)被化學(xué)家合成出來(lái)，但直到100多年后才逐漸應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。材料的基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用之間存在著一定距離，你認(rèn)為二者之間的關(guān)系是怎樣的？請(qǐng)查閱相關(guān)資料，與同學(xué)交流你的觀點(diǎn)。答案：（1）c,d（2）N:Si：Si3N4（3）①二者作用是相輔相成的；②基礎(chǔ)研究的成果指導(dǎo)著應(yīng)用研究的進(jìn)行；③實(shí)際需要和應(yīng)用研究是基礎(chǔ)研究的推動(dòng)力；④應(yīng)用研究的結(jié)果會(huì)豐富已有的理論。課堂小結(jié)一、無(wú)機(jī)非金屬材料1.傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料①陶瓷②玻璃