資源簡介

2023 年 春季學期一課一研主講人教案
年級 高一 學科 化學 活動時間
備課組長 主講人 活動地點
組員
未參加人員
課題 5.2.3 無機非金屬材料 課題總用課時數 1
教學目標 1.通過閱讀和討論,了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統硅酸鹽材料的生產原料、性能和主要用途,知道普通玻璃的主要成分,感受傳統硅酸鹽材料在城鄉建設中發揮的重要作用,發展科學態度與社會責任的學科核心素養。 2.通過學習,了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途,感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領域所發揮的重要作用,激發學習化學的興趣,發展科學探究與創新意識的學科核心素養。
教學重難點 重點：陶瓷、玻璃、水泥、晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途。知道普通玻璃的主要成分
學情分析 在生活中，學生對材料特別是建筑材料有著豐富的感性認識，但是并沒有系統學習常見材料的組成、分類、性能和用途。
教學準備 常見材料圖片、新型材料資料卡片等
思考：廣州塔等這些地標建筑可能會用到哪些材料？ 一、無機非金屬材料 分類：傳統無機非金屬材料、新型無機非金屬材料 1、傳統無機非金屬材料-----以硅酸鹽材料為主 （1）硅酸鹽：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱 （2）結構：硅氧四面體 （3）性質：硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。 （4）硅酸鈉 （5）常見的硅酸鹽產品 ①陶瓷----人類最早使用的硅酸鹽產品 主要原料：黏土 (主要成分為含水的鋁硅酸鹽) 特 點：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣 應 用：生產建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等 ②普通玻璃 主要原料：石英砂 (主要成分SiO2)、純堿、石灰石 反應原理：高溫下發生復雜的物理和化學變化 主要成分和特點：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 透光性好、硬度大、無固定熔點 應用：生產建筑材料、光學儀器和各種器皿、還可制造玻璃纖維用于高強度符合材料等 ③水泥 主要原料：黏土、石灰石 反應原理：水泥回轉窯中煅燒，發生復雜的物理和化學變化 ；加適量石膏可調節水泥硬化速率 特點：具有水硬性（與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬） 應用：水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程 2、新型無機非金屬材料 ①晶體硅 性質和用途：灰黑色晶體，有金屬光澤，熔點高，導電性介于導體和絕緣體之間，是應用最廣泛的半導體材料，廣泛應用于信息技術和新能源技術領域（如計算機芯片、硅太陽能電池）。 高純硅的制備（硅元素親氧，自然界中不存在游離態的硅） 化學性質 與強堿反應 Si + H2O+ 2NaOH == Na2SO4 + 2H2 ②二氧化硅 存在：沙子、石英砂、瑪瑙、水晶 物理性質：硬度大、熔沸點高、常溫下為固體、難溶于水、不導電、立體網狀結構 用途：光導纖維、石英玻璃、石英干鍋、精美瓷器等 化學性質：具有酸性氧化物的通性（類比二氧化碳） 不溶于水，不與水反應 與堿性氧化物反應SiO2 + CaO = CaSiO3 與強堿反應（玻璃制備原理） 與某些鹽反應SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 氧化性 SiO2+2C ==== Si+2CO↑ 與氫氟酸（HF）反應SiO2 + 4HF =SiF4↑ + 2H2O 思考1：實驗室存放堿溶液的試劑瓶可以是玻璃的，但塞子卻不用磨口玻璃塞而用橡膠塞，你知道是什么原因嗎？（ SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O） 思考2：SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應，推斷SiO2為兩性氧化物是否正確 （因為SiF4不是鹽，所以該反應不能說明SiO2是堿性氧化物。） 補充：硅酸（H2SO3） 一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱，溶解度很小,不穩定，受熱易分解。H2SiO3 = H2O+SiO2 如何制備硅酸？（較強酸制備較弱酸）Na2SiO3+H2O+CO2 =Na2CO3+H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl2+H2SiO3↓ ③新型陶瓷 碳化硅，俗稱金剛砂，其中的碳原子和硅原子通過共價鍵連接，具有類似金剛石的結構，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。碳化硅還具有優異的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。 高溫結構陶瓷 。一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優良性能。與金屬材料相比，更能適應嚴酷的環境，可用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等。 壓電陶瓷 、透明陶瓷 、超導陶瓷 ④碳納米材料： 富勒烯（C60）：具有超導性能，在電學、光學、磁學等方面都有重要應用 碳納米管：比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，用于生產復合材料、電池和傳感器等 石墨烯 ：電阻率低，熱導率高，具有很高的強度，在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入。 【小結】本節課主要學習了什么內容？你還有哪些疑問？ 1.下列關于硅酸的說法正確的是（　　） A．硅酸可以通過SiO2和水化合反應直接制得 B．可用反應Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸 C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應 D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉 2.有下列物品或設備：①陶瓷餐具②磚瓦③混凝土橋墩④門窗玻璃⑤水晶鏡片⑥石英鐘⑦水晶項鏈⑧硅太陽能電池⑨光導纖維⑩計算機芯片 （3）所用材料主要成分為硅酸鹽的是____________．
板書設計 5.2.3 無機非金屬材料 一、傳統無機非金屬材料 陶瓷 玻璃：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 水泥 二、新型無機非金屬材料 硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料
作業布置 小本練習第144頁，第 ？ 題。
課后反思

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