第三節(jié)

無機(jī)非金屬材料課時(shí)1無機(jī)非金屬材料人教版必修第二冊(cè)

第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素素養(yǎng)目標(biāo)宏觀辨識(shí)與微觀探析：能夠從宏觀角度認(rèn)識(shí)無機(jī)非金屬材料（如陶瓷、玻璃、水泥等）的外觀、性質(zhì)和用途。從微觀層面理解這些材料的組成結(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)的影響。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：建立無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途的認(rèn)知模型，利用該模型預(yù)測(cè)新的無機(jī)非金屬材料或解釋材料性能變化的原因?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：了解無機(jī)非金屬材料在現(xiàn)代科技、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，如光纖通信中的光導(dǎo)纖維（主要成分是二氧化硅），培養(yǎng)對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的積極態(tài)度。教學(xué)目標(biāo)本節(jié)重點(diǎn)硅的存在及性質(zhì)典型無機(jī)非金屬材料的主要成分、性質(zhì)和用途。本節(jié)難點(diǎn)典型無機(jī)非金屬材料的主要成分、性質(zhì)和用途。1.了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道傳統(tǒng)硅酸鹽的重要作用。2.了解晶體硅、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)域的重要作用，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。新課導(dǎo)入請(qǐng)你思考！你知道這些地標(biāo)性建筑用到了哪些材料嗎？新課導(dǎo)入請(qǐng)你說說！列舉你所知道的身邊的材料，了解材料的分類!硅酸鹽材料壹硅

二氧化硅的性質(zhì)貳知識(shí)導(dǎo)航新型無機(jī)非金屬材料叁課堂思考請(qǐng)你說說！列舉你所知道的身邊的材料，了解材料的分類!01硅酸鹽材料課堂探究一、硅酸鹽材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。許多無機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展對(duì)材料性能要求的提高，一批新型無機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。1.材料分類金屬材料：包含純金屬和合金無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料課堂探究一、硅酸鹽材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)2.硅酸鹽我們生活中接觸到的含硅及其化合物的物品水泥玻璃陶瓷⑴硅酸鹽是由金屬、硅、氧等元素形成的鹽⑵硅酸鹽材料具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕特點(diǎn)!課堂探究重點(diǎn)理解一、硅酸鹽材料對(duì)比學(xué)習(xí)2.硅酸鹽資料卡片

在硅酸鹽中，Si和0構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，0在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的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)的特性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)⑶硅酸鹽結(jié)構(gòu)：Si和O構(gòu)成了硅氧四面體每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角許多四面體通過頂角的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。課堂探究一、硅酸鹽材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料⑴陶瓷黏土（含水的鋁硅酸鹽）高溫?zé)Y(jié)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具原料：條件：用途：性能：熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定課堂思考你知道嗎？玻璃的主要原料、主要成分，有關(guān)反應(yīng)原理是什么？如何制作各種玻璃？課堂探究一、硅酸鹽材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料⑵玻璃純堿、石灰石和石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫高溫原料設(shè)備原理成分應(yīng)用生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等課堂探究認(rèn)識(shí)了解一、硅酸鹽材料對(duì)比學(xué)習(xí)資料卡片

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。3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料⑵玻璃課堂思考請(qǐng)你總結(jié)！

制造水泥的主要原料是什么？課堂探究一、硅酸鹽材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料⑶水泥黏土和石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯原料：工業(yè)設(shè)備：石膏的作用：條件：高溫煅燒調(diào)節(jié)水泥硬化速率典例精講【例1】判斷正誤(1)玻璃纖維是有機(jī)物(

)(2)硅酸鹽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定(

)(3)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價(jià)鍵結(jié)合(

)(4)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土(

)(5)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行(

)(6)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化(

)×√√√√√你知道嗎？你聽說過從沙灘到用戶嗎？課堂思考沙子和芯片的成分是什么呢？02硅

二氧化硅的性質(zhì)課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解對(duì)比學(xué)習(xí)1.硅⑴硅元素在元素周期表中的位置+14284Si第三周期、第IVA族，處于金屬和非金屬的過渡位置硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。課堂探究重點(diǎn)理解二、硅

二氧化硅的性質(zhì)對(duì)比學(xué)習(xí)1.硅⑵硅的存在形式在自然界中主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數(shù)礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙、石英砂）的形式存在。課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解探究學(xué)習(xí)1.硅（3）粗硅的制法SiO2＋2CSi＋2CO↑

==高溫不是CO2！為何說制得的硅為粗硅？

碳過量、碳與硅反應(yīng)生成的SiC晶體硅中的雜質(zhì)會(huì)影響其導(dǎo)電性能，因此必須制備高純度的硅。晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高。課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解探究學(xué)習(xí)1.硅資料卡片高純硅的制備

工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。（4）高純硅的制備課堂探究一、氨的工業(yè)制法和性質(zhì)重點(diǎn)理解對(duì)比探究（4）高純硅的制備①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑18000C~20000C②

Si+3HClSiHCl3+H23000C③

SiHCl3+H2Si+3HCl11000C課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解對(duì)比探究1.硅（5）硅的應(yīng)用利用其半導(dǎo)體性能制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和家用電器的芯片。光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車的硅太陽能電池等。典例精講【例2】高純度晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場(chǎng)“革命”。它可以按下列方法制備：下列說法不正確的是()A.步驟①的化學(xué)方程式：SiO2＋CSi＋CO2↑B.步驟①中每生成1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子C.步驟③中的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)D.高純硅是制造太陽能電池的常用材料A高溫課堂思考請(qǐng)你思考！沙子、石英砂、石英、瑪瑙、水晶的主要成分是什么嗎？主要成分均為SiO2

C

CO2

H2CO3

Na2CO3課堂探究重點(diǎn)理解二、硅

二氧化硅的性質(zhì)對(duì)比學(xué)習(xí)2.二氧化硅的性質(zhì)（1）二氧化硅的物理性質(zhì)硬度大、熔沸點(diǎn)高、常溫下為固體、難溶于水、不導(dǎo)電SiSiO2

H2SiO3

Na2SiO3SiO2具有酸性氧化物的通性課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解對(duì)比學(xué)習(xí)2.二氧化硅的性質(zhì)（2）二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)①具有酸性氧化物的通性（類比CO2）a.不溶于水，不與水反應(yīng)（特殊）

SiO2+CaO

CaSiO3高溫b.與堿性氧化物反應(yīng)c.與某些鹽反應(yīng)d.與強(qiáng)堿反應(yīng)

SiO2

+2NaOH

Na2SiO3

+H2O請(qǐng)你思考！

實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液的試劑瓶使用橡膠塞，而不用玻璃塞？課堂思考SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3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。若使用帶玻璃塞的試劑瓶盛放堿液，堿液能與玻璃中SiO2發(fā)生反應(yīng)生成Na2SiO3，導(dǎo)致玻璃塞與瓶口內(nèi)側(cè)粘連而無法打開。課堂思考請(qǐng)你思考！你知道玻璃上的圖案是如何刻上去的嗎？氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發(fā)生反應(yīng)成SiF4和H2O。請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。課堂探究二、硅

二氧化硅的性質(zhì)重點(diǎn)理解對(duì)比學(xué)習(xí)2.二氧化硅的性質(zhì)（2）二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)②SiO2的特性SiO2＋2CSi＋2CO↑

==高溫SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O③弱氧化性3.二氧化硅的用途光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘?hào)不易衰減，能有效提高通訊效率高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域。信息高速公器的骨架——石英光導(dǎo)纖維光學(xué)纖維胃鏡典例精講【例3】下列物品或設(shè)備的成分中含有二氧化硅的是()，含有硅單質(zhì)的是()。①門窗玻璃②水晶鏡片③石英鐘表④瑪瑙首飾⑤硅太陽能電池⑥光導(dǎo)纖維⑦計(jì)算機(jī)芯片A.①②③④⑥ B.全部C.⑤⑦ D.①②⑥⑦AC03新型無機(jī)非金屬材料課堂探究三、新型無機(jī)非金屬材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)1.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)等方面有很多新的特性和功能。碳原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接結(jié)構(gòu)：性能——砂紙和砂輪的磨料高溫抗氧化性能硬度大耐高溫結(jié)構(gòu)材料耐高溫半導(dǎo)體材料課堂探究三、新型無機(jī)非金屬材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)1.新型陶瓷類別成分性能應(yīng)用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷SiCSi3N4某些金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐腐蝕透明陶瓷氧化鋁、氧化釔氮化鋁、氟化鈣優(yōu)異的光學(xué)性能、耐高溫，絕緣性好高壓鈉燈、激光器、高溫探測(cè)窗壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化濾波器、揚(yáng)聲器、點(diǎn)火器超導(dǎo)陶瓷YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10某臨界溫度下電阻為零，超導(dǎo)性電力、交通、醫(yī)療火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、高溫電極材料課堂思考你了解嗎？你知道什么是碳納米材料嗎？它有哪些用途？請(qǐng)觀看視頻并總結(jié)！碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。課堂探究三、新型無機(jī)非金屬材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)2.碳納米材料(1)富勒烯——納米王子由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱代表物：C60，C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要研究對(duì)象，開啟了納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代。

1985，美國化學(xué)家斯莫利和柯爾以及英國化學(xué)家克魯特激光照射石墨新型單質(zhì)C60分子1996年三人獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)你知道嗎？世界上最小的車是什么車？課堂思考納米車的輪子可滾動(dòng)既不是各大汽車廠商的迷你系列轎車，也不是孩子們的玩具模型，而是由荷蘭格羅寧根大學(xué)有機(jī)化學(xué)教授本·費(fèi)林加研制的納米車。它的輪軸能像汽車的輪軸一樣平滑旋轉(zhuǎn)，而輪軸末端是4個(gè)“巴基球”做成的輪子?！鞍突颉笔怯?0個(gè)碳原子構(gòu)成的納米級(jí)球狀分子，具有很多新奇的特性，在納米技術(shù)研究中很受科學(xué)家重視。電子顯微鏡下觀察到的納米汽車課堂探究三、新型無機(jī)非金屬材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)2.碳納米材料(2)碳納米管——直達(dá)宇宙的太空天梯碳納米管可以看成是由石墨片卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。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。

1991年，日本化學(xué)家飯島博士在對(duì)石墨電弧放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了有單層、多層石墨卷曲而成的碳納米碳管。課堂探究認(rèn)識(shí)了解三、新型無機(jī)非金屬材料對(duì)比學(xué)習(xí)2.碳納米材料(3)石墨烯——新材料之王只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低，熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。作為一種強(qiáng)度高用于光電器元件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等。課堂探究三、新型無機(jī)非金屬材料認(rèn)識(shí)了解對(duì)比學(xué)習(xí)2.碳納米材料(3)石墨烯——新材料之王安德烈?康姆康定斯坦?諾沃肖諾夫2004年，英國曼徹斯頓大學(xué)的兩位物理學(xué)家用膠帶反復(fù)粘貼石墨的方法得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。2010年，這兩位科學(xué)家因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了這份神奇的材料而被授予諾貝爾物理獎(jiǎng)。典例精講【例4】判斷正誤(1)生產(chǎn)光導(dǎo)纖維的原料是二氧化硅(

)(2)SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以SiO2屬于兩性氧化物(

)(3)因?yàn)镹a2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)(

)(4)水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2(

)(5)CO2和SiO2都是由分子構(gòu)成的化合物，所以兩者物理性質(zhì)相似(

)(6)可以通過SiO2與水反應(yīng)一步制得硅酸(

)(7)金剛砂和金剛石結(jié)構(gòu)類似，互為同素異形體(

)×√×√×××課堂