2023-2024學(xué)年人教版新教材必修第二冊 第五章第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料 教案

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無機(jī)非金屬材料教學(xué)目標(biāo)：1.能了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。2.能了解品體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用。素養(yǎng)目標(biāo)：1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能基于硅原子結(jié)構(gòu)及在周期中位置的證據(jù)推理出硅是優(yōu)良半導(dǎo)體。2.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：結(jié)合身邊的生活用品、電子產(chǎn)品、建筑物等用到的無機(jī)非金屬材料，感受化學(xué)就在身邊，化學(xué)材料作用巨大，提高學(xué)生努力學(xué)習(xí)化學(xué)、投身國家建設(shè)的社會(huì)責(zé)任感。教學(xué)重難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途教學(xué)難點(diǎn)：硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途教學(xué)過程：任務(wù)1：一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日常生活中隨處可見，如制作餐具的陶瓷、窗戶上的玻璃、建筑用的水泥等。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖5－8所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體4個(gè)項(xiàng)角；許多這樣的四面體還可以通過項(xiàng)角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。問題1.什么是陶瓷，它有什么用途陶瓷是以_____（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。用途：用于生產(chǎn)________、________、________、_________等問題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_____）為原料，經(jīng)混合、粉碎，在中_______熔融，發(fā)生復(fù)雜的__________變化而制得的。玻璃可用于生產(chǎn)__________、_________和_________，還可制造________用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等。生產(chǎn)中采用不同的原料和工藝，可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有鉛的原料制造的光學(xué)玻璃，透光性好，折射率高，可以用來制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)儀器的透鏡；加入硼酸鹽制成耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化的玻璃，可用于實(shí)驗(yàn)室使用的玻璃儀器；加入一些金屬氧化物或鹽可以得到彩色玻璃，常用于建筑和裝飾。問題3.什么是水泥，它有什么用途普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)以_____和_______為主要原料。二者與其他輔料經(jīng)____、_____后在___________中煅燒，發(fā)生復(fù)雜___________變化，加入適量______調(diào)節(jié)水泥硬化速率，再磨成細(xì)粉就能得到普通水泥。______、_____和_____等與水混合可以得到混凝土，大量用于______和_____工程。任務(wù)2：二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅問題(1)硅元素在周期中處于什么位置_________________,正好位于金屬與非金屬的過渡位置，其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是應(yīng)用最廣的_______材料。問題(2)硅元素在自然界以什么形式存在：主要以_______(如地殼中的大多數(shù)礦物)和______(水晶、瑪瑙)的形式存在。問題(3)工業(yè)上怎么制備高純硅：高純硅的制備工業(yè)上制備高純硅，一般需要選制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將精硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3),再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。涉及的主要反應(yīng)：問題(4)硅有哪些用途高純硅廣泛用于通信設(shè)備和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。利用其_______性能可以制成計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)和家用電器等的_____，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車等的______________。問題(5)二氧化硅有哪些用途二氧化硅可用來生產(chǎn)__________。_________的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。2什么是新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能，進(jìn)一步拓展了陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，碳化硅(SiC)俗稱_______，其中的碳原子和硅原子通過_______連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，_____很大，可用作砂紙和砂輪的_____。碳化硅還具有優(yōu)異的高溫_______性能，使用溫度可達(dá)1600℃，大超過了普通金屬材料所能承受的溫度，可用作耐高溫_________、耐高溫____________科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)新型陶瓷隨著人們對材料性能要求的不斷提高，具有特殊功能的陶瓷材料迅速發(fā)展，一系列如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷和超導(dǎo)陶瓷等新型陶瓷相繼問世。這些新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在成分上有了很大變化。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。壓電陶瓷主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化。可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超超波探傷器和點(diǎn)火器等。透明陶瓷主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟人鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好?？捎糜诟邏衡c燈、激光器和高溫探測窗等。超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。3.碳納米材料主要有哪些問題(1)什么富勒烯，它有什么用途是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中C60的是富勒烯的代表物。C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象，開啟了碳納為材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代問題(2)什么是碳納米管，它有什么用途可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。問題(3)什么