高中人教版 (2019)无机非金属材料学案

这是一份高中人教版 (2019)无机非金属材料学案，共5页。学案主要包含了学习目标，学习活动，参考答案，学习总结等内容，欢迎下载使用。
第8课时 无机非金属材料
【学习目标】
1.了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生成原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。
2.了解并掌握硅、二氧化硅的结构及性质，认识硅单质、二氧化硅在生产中的应用。
【学习活动】
学习任务
方法与路径
目标一：了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生成原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。
任务1：阅读教材P19内容，思考并完成下列问题。
（1）用途广泛的无机非金属材料组成中多数含有哪些元素？它们具有哪些性能？能应用在哪些方面？
【参考答案】无机非金属材料多含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。应用在航空航天、信息、新能源等高技术领域。
（2）硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。传统硅酸盐材料有哪些？硅酸盐的结构具有哪些特点，从而导致哪些特性？
【参考答案】
陶瓷、普通玻璃、水泥。
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。
硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
任务2：阅读教材P20至P21第一段内容，思考并完成下列问题。
陶瓷
普通玻璃
普通水泥
原料
黏土
纯碱、石灰石、石英砂
主要原料:石灰石、黏土
辅助原料:石膏（调节硬化速度）
设备
/
玻璃窑
水泥回转窑
主要
成分
成分复杂
硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅
/
特点
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品
具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
大量用于建筑和水利工程
根据制备普通玻璃的原料及普通玻璃的主要成分，试着写出涉及的反应方程式。
【参考答案】
Na2CO3+ SiO2 Na2SiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2
围绕目标一：
任务1由学生仔细阅读教材，认真思考问题，完成后利用平台拍照上传，学生自行点评。
教师讲解硅氧四面体结构特点。
任务2由学生仔细阅读教材，认真思考问题，完成后利用平台拍照上传，教师点评并讲解陶瓷、玻璃、水泥的特点及用途。
目标二：了解并掌握硅、二氧化硅的结构及性质，认识硅单质、二氧化硅在生产中的应用
任务1：因为半导体工业的出现，单质硅也进入了普通人的生活。天然的单质硅不存在，硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。通常通过去除硅的氧化物中的氧可以得到单质硅，但这不是半导体工业所需要的硅。半导体工业使用的硅，通常是极高纯度的单晶硅。
（1）画出硅原子的原子结构示意图，说出硅元素在元素周期表中的具体位置？
【参考答案】
第三周期第ⅣA族，
（2）工业使用的高纯硅是由其氧化物制得的，主要分粗硅的制备和纯硅的制备两个阶段，制备流程如下图，试着写出其中涉及的主要化学方程式。
【参考答案】
SiO2＋2Ceq \(═══,\s\up7(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑
Si＋3HCleq \(═══,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2eq \(═══,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl
任务2：（1）为什么CO2和SiO2在化学性质上具有一定的相似性而物理性质差异很大？SiO2的结构有什么特点。
【参考答案】
SiO2和CO2均属于酸性氧化物，故化学性质相似。CO2是由分子构成的，而SiO2是空间立体网状结构，故二者物理性质差异大。
SiO2的结构是每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。实际上，SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构。

（2）SiO2既能与氢氟酸反应生成SiF4和H2O，也能与NaOH溶液反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？
【参考答案】
SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O，但并不生成盐和水。
（3）2018年11月5日至7日，世界光纤光缆大会在杭州举行。本次大会以“一个光纤连接的智能世界”为主题，围绕“全球光纤光缆供需走势”、“5G和物联网带来的需求展望”、“一带一路”倡议和“智能制造”等热点议题展开深入讨论与交流。
其中提到的光缆的主要制作成分是什么？该成分属于什么物质类别？写出代表其通性的化学方程式。
【参考答案】
SiO2。属于酸性氧化物。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
任务3：阅读教材p23-24内容，结合情境材料思考并完成问题。
从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃；由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃；精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级(10－6m)，用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延展性，有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
新型陶瓷有哪些，情境中涉及传统陶瓷与新型陶瓷的优缺点是什么？碳纳米材料主要包括哪些，在哪些领域应用广泛？
【参考答案】
新型陶瓷：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等
传统陶瓷具有抗腐蚀性、耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。新型陶瓷除了具有传统陶瓷的优点外还有强度高，具有光学、电学特性和生物功能等。
碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
围绕目标二：
任务1由学生认真分析材料内容，思考并完成问题。完成后通过平台拍照提交展示，老师点评。
教师重点讲授硅单质制芯片及太阳能电池的用途。
任务2由学生认真思考问题，完成后利用平台拍照上传，教师讲解SiO2的类金刚石结构的特点及其性质。
任务3由学生仔细阅读教材，认真思考问题，完成后利用平台拍照上传，学生自行点评。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
让学生独立自主的绘制本课时的思维导图之后教师再展示思维导图给学生做对比，根据课堂时间情况可课堂完成或课后完成上交老师批阅。