名师教案 高中化学人教版 选择性必修 第二册 无机非金属材料

人教版（2019）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教学设计教学目标1、知道常见的无机非金属材料的类型，结合实例认识无机非金属材料的组成、性能及应用的联系。2、通过硅酸盐的结构特点分析硅酸盐的性质特点，培养学生宏观辨识与微观探析的科学素养。3、了解碳纳米材料的类别、结构特点、性能与用途，培养学生的社会责任感。教学重难点重点：1、水泥、玻璃和陶瓷的主要原料，水泥、玻璃的主要成分及制造普通玻璃的主要反应；2、硅、二氧化硅的存在、性质和用途；3、新型无机非金属材料的组成与用途。难点：硅酸盐中硅氧四面体结构高纯硅的制备石墨烯分子的结构教学过程一、导入新课大家听说过硅谷吧，它曾是美国新兴的高科技产业开发区。现在仍是美国的电子技术研究中心和计算机与半导体工业生产的重要基地。电子工业能得到蓬勃发展，硅元素在信息材料中的开发与应用起着举足轻重的作用。硅是非金属材料的主角，这一节课我们就来学习非金属材料的相关知识。二、新课讲授【提问】传统无机非金属材料一般指什么？硅酸盐的结构有什么特点？怎样影响硅酸盐的性质？【学生】阅读教材第19页内容并思考问题。【师】传统无机非金属材料多指硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥等。【学生】阅读资料卡片，学习硅酸盐的结构。【师】在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，结构如图。硅氧四面体是硅酸盐晶体结构中的基本构造单元。它是由位于中心的1个硅原子结合4个氧原子，氧原子在正四面体的4个顶角上。许多这样的四面体还可以通过顶角的氧原子相互连接，每个氧原子为两个正四面体共有，与2个硅原子相结合。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。【学生】阅读教材第20~21页中陶瓷、玻璃和水泥的相关内容，讨论、对比它们各自的原料、制作原理与主要成分。【师】硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙2CaO·SiO2硅酸三钙3CaO·SiO2铝酸三钙3CaO·Al2O3普通玻璃纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土——【学生】阅读教材第21页中硅和二氧化硅的相关内容。【师】单质硅的性质(1)物理性质①晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。②导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。(2)化学性质：常温下化学性质稳定，除氢氟酸和强碱外，不与其他物质发生反应。Si与氢氟酸、NaOH溶液发生反应的化学方程式分别为Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑、Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。【师】SiO2的组成、结构、性质与用途(1)存在：SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。(2)结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O，每个O周围结合2个Si。(3)物理性质：熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。(4)化学性质①具有酸性氧化物的通性a．可与NaOH溶液反应，其反应方程式为SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。b．可与氧化钙反应，其反应方程式为SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up10(高温))CaSiO3。②特性除氢氟酸外，SiO2一般不与其他酸反应，SiO2与HF溶液反应，反应的化学方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(5)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。④实验室中使用石英坩埚。【学生】阅读教材第22页，学习资料卡片“高纯硅的制备”。【师】高纯硅制备流程其中涉及的主要化学反应：【学生】阅读教材第23页相关内容，学习新型陶瓷。【师】碳化硅陶瓷具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂轮和砂纸的磨料。由于碳化硅具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温的半导体材料等。【学生】阅读教材第23~24页相关内容，了解碳纳米材料的应用前景。【师】1、富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。C60是富勒烯的代表物，其分子结构为球形32面体，它是由60个碳原子通过20个六元环和12个五元环连接而成。碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传稿器等。石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，独特的结构使其具有电阻率低、热导率高、强度高等优