6/8第四章元素與材料世界硅無機非金屬材料（2課時）教材分析（一）知識脈絡本節(jié)教材以無機非金屬材料和硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)兩條線索相互交叉而展開，介紹了硅、二氧化硅的性質(zhì)，硅單質(zhì)的制法，硅、二氧化硅在計算機及通信等高技術領域的應用，常見的硅酸鹽材料玻璃、水泥、陶瓷和新型無機硅酸鹽材料的主要成分和用途。與舊教材相比，本教材加大了各種材料在社會日常生活中應用介紹的力度。（二）知識框架1．半導體材料與單質(zhì)硅①單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：②硅的化學性質(zhì)：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，一般不與其他物質(zhì)反應。加熱條件下，可與氧氣反應。Si+O2加熱=====SiO2Si+2F2===SiF4Si+4HF===SiF4↑+2H2↑③硅的工業(yè)制法：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅后再提純。SiO2+2C高溫=====Si+2CO↑④硅的主要用途：作半導體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。2．二氧化硅與光導纖維①物理性質(zhì)②化學性質(zhì)SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+CaO高溫=====CaSiO3SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O③二氧化硅的用途：制造電子元器件、光學儀器、精密儀器軸承、光導纖維、石英鐘、工藝品、玻璃等。3．硅酸鹽與無機非金屬材料①玻璃、水泥玻璃水泥原料純堿（Na2CO3）石灰石（CaCO3）石英（SiO2）主要原料石灰石粘土輔助原料適量的石膏等原理高溫下復雜物理化學變化高溫下復雜物理化學變化化學方程式Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2主要成分及特性普通玻璃鈉玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）玻璃是非晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)無固定熔點，在某一溫度范圍內(nèi)軟化可加工成制品3CaO·SiO2硅酸三鈣、2CaO·SiO2硅酸二鈣、3CaO·Al2O3鋁酸三鈣②無機非金屬材料：高溫結構陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等二、教學目標知識技能目標掌握硅、二氧化硅的物理化學性質(zhì)，粗硅的制法。認識硅、二氧化硅作為無機非金屬材料的特性及其用途，了解硅酸鹽等無機非金屬材料的基本組成、性能、用途。方法與過程目標學習從不同的角度出發(fā)對常見材料進行分類的方法，能根據(jù)同一類別不同物質(zhì)的性質(zhì)歸納出該類物質(zhì)的通性，并能運用通性簡單預測其他物質(zhì)的性質(zhì)。情感態(tài)度與價值觀目標通過對作為計算機、光通信等高科技關鍵材料的硅、二氧化硅等無機非金屬材料的學習，利用學生對高科技的濃烈興趣，激發(fā)學生對化學的興趣，通過對我國從古到今，從燒制陶瓷到現(xiàn)代科技成就的介紹，培養(yǎng)學生的民族自豪感。三、重點、難點知識上重點、難點硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)，硅的制法方法上重點、難點查閱收集相關資料的方法，多角度思維能力，歸納類比能力。四、教學準備1．查閱相關資料，常見半導體材料有哪些？硅有哪些主要用途？2．光導纖維的主要成分是什么？光通信比普通電纜通信有哪些優(yōu)點？光纖除用于通信外，還可用于哪些領域？3．查閱有關資料，說明消防員穿的棉布衣服為什么比普通棉布衣服不易著火燃燒？五、教學設計［引言］材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎。材料的發(fā)展史就是一部人類文明史。沒有感光材料，我們就無法留下青春的回憶；沒有特殊的熒光材料，就沒有彩色電視；沒有高純的單晶硅，就沒有今天的奔騰電腦；沒有特殊的新型材料，火箭就無法上天，衛(wèi)星就無法工作。科技的發(fā)展和社會的進步往往受到材料的制約。一種新材料的發(fā)現(xiàn)可能會給社會帶來革命性的變化。新材料的不斷涌現(xiàn)，舊材料功能的不斷拓展，才使我們的世界日新月異，奔騰向前。［交流研討］豐富多彩的物質(zhì)世界，如各種日常生活用品，工農(nóng)業(yè)設施，建筑，交通工具等等，你知道構成它們的材料有哪些？請你分別站在不同的角度，對它們進行分類。［學生回答、教師總結］構成它們的材料有：塑料、各種金屬、木材、棉花、沙子、石頭、水泥、玻璃、陶瓷、泥土等等……從分：天然材料、人工合成材料從導電性分：導電材料、半導體材料、絕緣體材料從物質(zhì)類別分：無機材料、有機材料；金屬材料、非金屬材料從物質(zhì)性質(zhì)分：［過渡］站在不同的角度，對材料有不同的分類。今天我們學習第四章元素與材料世界。［板書］第四章元素與材料世界［聯(lián)想質(zhì)疑］你能在沙子與計算機之間、沙子與計算機光通信之間建立起某種聯(lián)系嗎？（提示：沙子的主要成分是SiO2）［學生回答、教師總結］沙子――硅――芯片――計算機沙子沙子――硅――芯片――計算機沙子――………―――光導纖維計算機光通信［過渡］高純度的硅是常見的最重要的半導體材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常見的重要的含硅無機非金屬材料。［板書］第一節(jié)硅無機非金屬材料（第1課時）半導體材料與單質(zhì)硅［自主學習］1、無機非金屬材料主要有哪些？性能如何？陶瓷、玻璃、無機非金屬涂層等。耐高溫、硬度高、抗腐蝕、（有的有光學特性）2、你知道的傳統(tǒng)無機非金屬材料有哪些？玻璃、水泥、陶瓷等。3、什么是半導體材料？你知道的有哪些？現(xiàn)在廣泛應用的是什么？鍺、硅等。硅（地殼中含量僅次于氧）［學生回答、教師總結］除硅外，常見的半導體材料還有鍺、銦等。大多數(shù)非金屬單質(zhì)一般可與金屬、氧氣、氫氣、堿等物質(zhì)反應。［聯(lián)想質(zhì)疑］硅作為非金屬，它具備這些性質(zhì)嗎？［閱讀總結］1、單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、熔沸點高、硬而脆的固體，是重要的半導體材料。2、硅的化學性質(zhì)：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，一般不與其他物質(zhì)反應。加熱條件下，可與氧氣反應。a、在常溫下，硅的化學性質(zhì)不活潑，不易與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應，但能與F2、HF酸和強堿反應。Si+O2加熱=====SiO2Si+2F2===SiF4Si+4HF===SiF4↑+2H2↑b、在加熱時純硅與某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應。如研細的硅能在氧氣中燃燒Si+O2SiO2[設問]自然界中，硅以什么形態(tài)存在？如何制??？[板書]3．硅的工業(yè)制法：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅后再提純。SiO2+2C高溫=====Si+2CO↑［交流研討］什么原因促使硅成為一種重要的半導體材料？硅除作為半導體材料外，還有哪些用途？［學生回答、教師總結］硅成為一種重要的半導體材料的原因是：原料豐富易得，價格低，常溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定。硅除作為半導體材料用來制集成電路、晶體管、硅整流器外，還可制造太陽能電池，硅合金等。硅合金用于制造變壓器、耐酸設備等。［板書］4、硅的主要用途：作半導體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等?！眷柟叹毩暋?、下列關于硅的敘述，不正確的是（）A、硅是非金屬元素，但其單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B、硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料C、硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應D、當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬單質(zhì)反應2、下列關于Si的化學性質(zhì)中正確的是（）A、常溫下能與任何酸反應B、常溫下可與強堿溶液反應C、常溫下可與氧氣反應D、常溫下不與任何酸反應［板書］二、二氧化硅與光導纖維［交流研討］閱讀教材P105頁第三段，說明在自然界哪些常見物質(zhì)的主要成分是二氧化硅？從物質(zhì)分類角度來看，二氧化硅屬于哪類物質(zhì)？可能具有那些性質(zhì)？在實驗室，為什么盛裝堿液的試劑瓶不能用玻璃塞？［學生回答、教師總結］自然界常見的沙子、鵝卵石、石英、水晶的主要成分是二氧化硅，純凈的二氧化硅為無色透明的晶體，不溶于水，熔點高、硬度大。它屬于非金屬氧化物、酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性?？膳c堿性氧化物、堿反應，還可與氫氟酸反應。［講解、板書］1、物理性質(zhì)2．化學性質(zhì)（1）與強堿：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O（2）與堿性氧化物：SiO2+CaO高溫=====CaSiO3（3）特性：與氫氟酸反應：SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O（4）氧化性：SiO2+2CSi+2CO↑［交流研討］過去，人們曾應用CaF2粉末和濃H2SO4的混合物涂抹到玻璃上刻字作畫，請說明原理。［提問］1992年在美國曾提出一項關于通信方面的計劃，大家知道是什么嗎？［講述］是“信息高速公路”計劃，而光纖、光纜是信息高速公路的基石。光纖通信發(fā)展很快，全世界總量超過1億公里。我國在這方面起步并不算晚，1995年一年鋪設了130萬公里，全國已形成八橫八縱的干線網(wǎng)。拉薩和大多數(shù)縣城已經(jīng)鋪設了光纜。中日、中美海底光纜已經(jīng)開通。另外，光纖還用于醫(yī)學等許多方面，如腸鏡、胃鏡。甚至可以利用內(nèi)窺鏡觀察到心臟內(nèi)部的情況。［交流研討］閱讀教材，說明二氧化硅的用途。［講解、板書］3。二氧化硅的用途：制造電子元器件、光學儀器、精密儀器軸承、光導纖維、石英鐘、工藝品、玻璃等。【總結】【隨堂訓練】3、下列說法正確的是：A.晶體硅和無定形硅是兩種不同的物質(zhì)B.二氧化硅可用做半導體材料C.硅可與氧氣反應，單質(zhì)硅不能在空氣中穩(wěn)定存在D.在SiO2+2CSi+2CO↑反應中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量比為2：14.下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是：A.氫氟酸B.濃硝酸C.NaOH溶液D.氯水5.關于碳和硅的敘述中,不正確的是:A.其最高價氧化物都能與NaOH溶液反應B.單質(zhì)在加熱時都能與氧氣反應C.氧化物都能溶于水生成相應的酸D.在常溫下，碳和硅的單質(zhì)化學性質(zhì)都不活潑6.如何除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)？用化學方程式表示?！咀鳂I(yè)】完成課后習題第一節(jié)硅無機非金屬材料（第2課時）［交流研討］請盡可能多地列舉出你見過的廣泛使用的無機非金屬材料。［學生回答、教師總結］常見的無機非金屬材料有：天然砂石泥土、水泥、玻璃、陶瓷、搪瓷等［板書］三、硅酸鹽與無機非金屬材料［聯(lián)想質(zhì)疑］（展示高壓鈉燈）高壓鈉燈的外罩是玻璃。里面的燈管是氧化鋁陶瓷，又叫人造剛玉，是一種高溫結構陶瓷。高溫結構陶瓷是新型無機非金屬材料中的一類。為什么高壓鈉燈的燈管要用氧化鋁陶瓷來制造呢？［教師講述］因為：燈內(nèi)溫度高達1400℃，鈉蒸氣具有強烈的腐蝕（還原）作用，一般的材料難于抵御鈉蒸氣強烈腐蝕。鈉蒸氣放電發(fā)光問題雖早在1