高中化学第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属材料获奖ppt课件
展开《无机非金属材料》教学设计
课题 | 《无机非金属材料》 | 单元 | 5 | 学科 | 化学 | 年级 | 高一 |
教材 分析 | 本节教学内容是人教版高中化学必修第二册第五章《化工生产中的重要非金属元素》第三节《无机非金属材料》。本节内容是典型的元素化合物知识，这一课时的教学内容主要是硅酸盐及新型材料。教材通过传统的硅酸盐材料，让我们认识硅及二氧化硅的简单性质和组成。二氧化硅是硅酸盐中的主要成分，也是构成硅酸盐的主要物质，其在工业生产中有极其重要的应用，可以说，没有硅酸盐产品，就没有我们的现代生活。通过玻璃、水泥、陶瓷，我们认识硅酸盐在我们日常生活中的重要应用，重点掌握这三种物质的化学组成；而通过新型硅酸盐材料，我们要认识到硅酸盐在高科技的现代生活中，也发挥着越来越重要的作用，有许多的高科技产品，都来自于硅酸盐材料。通过对硅酸盐的学习，要了解人类在不断的探索自然，学习自然的活动中，也充满了对自 另外，材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就没法留下美好的回忆；没有高纯的单晶硅就没有今天的电脑；没有特殊的新型材料，火箭就没法上天，人类的登月计划也无法实现，因此说材料的发展对我们的生活至关重要。从化学的角度来说，任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？接下来我们就来学习一下元素与材料之间的关系。在硅酸盐的生产制造过程中，我们要严格遵循新课程标准“关注人类面临的与化学相关的问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”的要求，加强环境教育，关注环境问题，要对我们的社会负责，也要对我们的环境负责。我们一定要培养学生科学的学习态度和方法，为社会的发展进步贡献自己的一份力量。 本节安排了“传统硅酸盐材料”，“新型无机非金属材料”这两部分内容。学生通过学习这部分知识，掌握传统硅酸盐材料的主要成分和基本的生产原理，知道新型无机非金属材料在现代生活中的重要应用。 | ||||||
教学目标与核心素养 | 宏观辨识与微观探析：通过传统硅酸盐材料，了解认识水泥、玻璃、陶瓷的组成成分和生产过程。 证据推理与模型认知：通过硅酸盐的工业生产原理，认识到工业生成就在我们身边，要学会理论知识和生产的结合，通过理论和生产的结合激发学生学习化学的兴趣。 科学探究与创新意识：从现象和结构出发，设计探究方案，探究新型无机非金属材料的生产原理，在探究中互利合作，培养团队精神。 科学精神与社会责任：激发学生透过现象探究本质的兴趣，尊重科学，认真学习科学的学习方法；通过参与探究过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力。同时，我们也要注重化学知识在现实生活中的应用，注重理论联系实际。 | ||||||
重点 难点 | 硅酸盐的组成成分。 | ||||||
教学过程 |
教学环节 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | |||||||||||||||
导入新课 | 步兵战车应用了一种新型才傲的发动机-------绝热陶瓷发动机，可使其不易被红外探测器发现并被红外制导武器所摧毁。那么你知道这种陶瓷在化学上属于什么材料吗？ |
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讲授新课 | 第三节 无机非金属材 一、传统硅酸盐材料 1. 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。 硅酸盐工业的特点： (1)原料：含硅的物质、碳酸盐等。 (2)反应条件：高温。 (3)反应原理：复杂的物理、化学变化。 (4)生成物：硅酸盐。 资料卡片------二氧化硅： 立体网状结构------四面体结构，决定了SiO2具有优良的物理和化学性质。二氧化硅中没有单个分子，用SiO2来表示二氧化硅的组成,表示Si与O的原子个数比为1:2,所以不是分子式而是化学式。 2.①陶瓷（china） 生产原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O ） 生产设备：陶瓷窑 生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却 反应原理：复杂的物理、化学变化 主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型 ②玻璃 生产原料：纯碱、石灰石、石英（Na2CO3、CaCO3、SiO2） 生产设备：玻璃熔炉 反应原理：复杂的物理、化学变化
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 主要特性：非晶体，无固定的熔点 玻璃的种类
③水泥 生产原料：石灰石、黏土+适量石膏 （CaCO3、 Al2O3·2SiO2·2H2O ） 生产设备：水泥回转窑 主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2) 铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等 反应原理：复杂的物理、化学变化 主要特性：水泥具有水硬性 二、 新型无机非金属材料 1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？ 优点：抗腐蚀、耐高温； 缺点：质脆、经不起热冲击。 2．新型无机非金属材料有哪些特性？ ① 承受高温，强度高。② 具有光学特性。 ③ 具有电学特性。 ④ 具有生物功能。 3.硅单质 ①请画出碳和硅的原子结构示意图
分析：既不易失去电子，又不易得到电子，主要形成四价的化合物。 Si位于元素周期表第三周期，第ⅣA，处于金属与非金属过渡位置，为半导体材料 ②存在及物理性质 硅在地壳中含量仅次于氧，居第2位，硅在自然界的存在形态：没有游离态，只有化合态-----二氧化硅、硅酸盐 硅单质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是很好的半导体材料！
制粗硅SiO2 +2C Si + 2CO↑ 在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅。
Si + 2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si+4HCl ④用途 集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。 4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用
硅石 无定形——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；结晶的二氧化硅叫石英。二氧化硅可以用来制造光导纤维，具有优良的性能。 光导纤维主要特性：①抗干扰性能好，不发生辐射；②通讯质量好；③质量轻、耐腐蚀。 5、新 型 陶 瓷 材 料 习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。 特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。 几种典型的新型无机非金属材料： ①高温结构陶瓷特点：耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀、抗氧化等，用于火箭发动机，汽车发动机和高温电极材料，如氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC--金刚砂）。 ②压电陶瓷特点:主要有钛酸盐和锆酸盐,可实现机械能和电能的相互转化，用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和但火气等。 ③透明陶瓷：氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙等类型；特点：耐高温、绝缘性好，用于高压钠灯，激光器和高温探窗。 ④超导陶瓷：特点为某临界温度下电阻为0，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等。 6、碳纳米材料----富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯等 富勒烯-------笼形分子，以C60为代表。 碳纳米管-------石墨片层管状物，比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器。 石墨烯-------单层石墨，电阻率低，热导率高，强度高用于电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。 随堂练习：
B.硅是应用最广泛的半导体材料 C.高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D.二氧化硅可用于生产玻璃 答案为：A 2.有下列物品或设备：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维⑩计算机芯片 （1）用到硅单质的是______．（用序号填写，下同） （2）所用材料主要为SiO2的是______． （3）所用材料主要成分为硅酸盐的是______． 答案为：（1）⑧⑩；（2）⑤⑥⑦⑨；（3）①③④。 2..氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应成SiF4和H2O。请写出该反应的化学方程式。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。 答案：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。玻璃种含有二氧化硅，所以可以用来制造磨砂玻璃。 4 .SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH反应可生成Na2SiO3。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作粘合剂和防火剂。实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞。请解释原因，并写出相关反应的化学方程式。 答案：用玻璃塞会导致瓶塞、瓶口黏结在一起SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 5.氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。 (1)根据以上描述，氮化硅可能有哪些用途：_____(填字母) a.制作坩埚 b.用作建筑陶瓷 c.制作耐高温轴承 d.制作切削刀具 (2)请写出氮和硅的原子结构示意图，并根据元素周期律知识，写出氮化硅的化学式。(3)氮化硅在19世纪已经被化学家合成出来，但直到100多年后才逐渐应用于工业领域。材料的基础研究和实际应用之间存在着一定距离，你认为二者之间的关系是怎样的？请查阅相关资料，与同学交流你的观点。 答案：（1）c,d （2） N: （3）①二者作用是相辅相成的；②基础研究的成果指导着应用研究的进行；③实际需要和应用研究是基础研究的推动力；④应用研究的结果会丰富已有的理论。 |
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课堂小结 | 一、无机非金属材料 1.传统无机非金属材料 ①陶瓷 ②玻璃 ③水泥 2.新型无机非金属材料 ①高温结构陶瓷 ②压电陶瓷 ③透明陶瓷 ④超导陶瓷 |
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板书 | 一、传统硅酸盐材料 1.硅酸盐及其特点 2.①陶瓷 ②玻璃 ③水泥 二、 新型无机非金属材料 1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？ 2.新型无机非金属材料有哪些特性？ 3.硅单质 4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用 5、新 型 陶 瓷 材 料 6、碳纳米材料 |
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