5.3无机非金属材料（教学设计）高一化学

第五章《化工生产中的重要非金属元素》教学设计第三节无机非金属材料课题：5.3无机非金属材料课时1授课年级高一课标要求知道常见的无机非金属材料的类型、组成、性能级应用，能从组成的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分类；能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。教材分析本节内容是人教版（1019版）第五章第三节无机非金属材料的内容。主要包括传统硅酸盐材料和新型无机非金属材料两部分。材料是人类赖以生存何发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有非金属材料。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、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。随着工业生产何社会发展对材料性能要求的提高，很对新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。本节教材首先介绍了大家最熟悉的传统无机非介绍材料—硅酸盐材料，从物质的组成和结构入手，介绍无机非金属材料的性能特点，包括耐高温、抗腐蚀等性能。从材料组成的角度，对生活中常见的无机非金属材料进行分类，介绍陶瓷、玻璃和水泥等传统硅酸盐材料在人类日常生活中的广泛应用，以及材料对人类文明的推动作用。之后，介绍新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料，以及这些材料在信息、能源等领域产生的影响，展现化学科学对新材料研发的重要作用，让学生了解化学学科对社会进步的价值，培养科学态度与社会责任等学科核心素养。本节教材在内容上淡化了硅、二氧化硅、硅酸盐、硅酸的性质，但通过“资料卡片”详细介绍了硅酸盐的硅氧四面体结构特点，分析了硅酸盐的材料的性质特点，落实宏观辨识与微观探析的学科核心素养。同时，教材详细介绍了传统无机非介绍材料的原料、性能与用途及新型无机非金属材料的组成、性能和用途。并增加了通过“资料卡片”介绍高纯硅的制备，还新增了“科学·技术·社会”中的新型陶瓷的应用、碳纳米材料等内容。通过介绍最新的科技发展成果，激发学生的学习兴趣和探究欲望。本节内容教材没有突出元素化合物的性质教学，但注重无机非金属材料的类型与应用的介绍，目的是让学生对传统材料和新型材料的组成、结构及应用有一定的认识，拓宽学生的知识视野，开阔学生的眼界，增强学生对学习化学重要性的认识。教学目标1、通过阅读交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。2、通过自主学习，了解品体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。3、联系生活实际和现代科技成果，了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结构特点、性能和用途，感受化学就在身边，培养科学探究的精神和社会责任感。教学重、难点重点:玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。难点：硅酸盐的结构特点、高纯硅的制备方法及原理。核心素养宏观辨识与微观探析：通过对无机非金属材料的微观组成、结构的分析，了解高纯硅的制备原理和方法，从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成、结构的关系。科学态度与社会责任：通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生努力学好化学的科学态度，增强投身国家建设的社会责任感。学情分析学生已经了解金属材料，知道计算机、通信设备中芯片的重要性等知识。但对非金属材料并不熟悉，并可能从微观结构认识无机非金属材料的性质及用途存在一定困难。教学过程教学环节教学活动设计意图环节一、情景导入生活、科技情境【回顾1】地壳中主要元素的含量分别是什么？【学生】地壳中含量最多的元素是氧,其次是硅，含量占26.3%，含量最多的金属元素是铝。【回顾2】举例说明CO2具有哪些重要的物理性质和化学性质？【学生】CO2是一种无色气_体，_微_溶于水，固态CO2俗称干冰。CO2是__酸__性氧化物，能与水、碱性氧化物、碱等反应，其化学（或离子）方程式为①CO2+H2O==H2CO3、②CO2+CaO==Ca(OH)2_、③CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O_。【预习1】硅酸盐的结构特点是什么？如何表示？【学生1】硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，性质很稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠。【学生2】硅酸盐可用氧化物的形式表示，如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·SiO2、镁橄榄石（Mg2SiO4）可表示为2MgO·SiO2。硅酸盐的主要产品有陶瓷、水泥、玻璃。硅的主要用途是半导体材料（硅芯片、光电池等）【预习2】请分别写出SiO2与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式。【学生】SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3；SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；与Na2CO3反应：固体高温条件下SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑【预习3】举例什么新型无机非金属材料的特殊功能及应用。【学生1】含4%硅的硅钢具有导磁性，主要用作变压器的铁芯；【学生2】人工合成的硅橡胶是最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料；【学生3】人工制造的分子筛，主要用作吸附剂和催化剂。【导入】材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。（见PPT视频）回顾旧知，预习新知，创设生活、科技情境，激发学习兴趣和探究的欲望。环节二、氧硅酸盐材料活动一、硅酸盐的组成及结构【过渡】材料是人类制造物品、器件、构件、机器或其它产品的物质。20世纪70年代，人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。20世纪80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志，材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。【问题1】阅读教材P19页内容，回答无机非金属材料的性能、用途和组成分别是什么？含有元素：含有元素：硅氧等元素硅氧等元素无机非金属材料耐高温、抗腐蚀、硬度高、无机非金属材料耐高温、抗腐蚀、硬度高、特殊的光学、电学等性能性能：传统无机非金属材料、新型无机非金属材料分类传统无机非金属材料、新型无机非金属材料分类：日常生活应用、日常生活应用、航空航天领域、新能源领域、信息领域应用：【教师】讲解：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，生活中随处可见。【教师】追问：表示硅酸盐在组成的方法是什么？【学生】通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2。长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。【教师】评价、强调并板书：书写形式：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,氧化物之间以“·”隔开))化学计量数eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(配置原则：各元素原子总个数比值符合原来的组成,若出现分数时应化为整数))例如：钠长石(NaAlSi3O8)不能写成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。【问题2】讨论交流：结合教材“资料卡片”，思考硅酸盐的结构、性质、用途有何特点？【学生1】硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都不溶于水，化学性质很稳定。【学生2】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。【教师】投影：。【教师】评价、强调：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。【对应练习1】下列说法正确的是（）①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③【答案】B【解析】①硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸盐等的形式存在，二氧化硅、硅酸盐等硅的化合物是构成岩石和许多矿物的主要成分，因此可以说硅是构成岩石与许多矿物的基本元素，①错误；②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si原子与4个O原子形成4个SiO共价键；每个O原子与2个Si原子形成SiO共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，其中含有的Si、O原子个数比是1：2，②正确；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品是使用量最大的传统无机非金属材料，③正确；④硅胶多孔，表面积大，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体，使反应物充分接触发生反应，④正确；综上所述可知：说法正确的是②③④，故合理选项是B。选项ABCD文物名称《四羊方尊》国家博物馆《千里江山图》故宫博物院《青铜神树》三星堆博物馆陶兵马俑秦始皇博物馆【对应练习2】我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是（）【答案】D【解析】A项，四羊方尊主要成分为铜合金，错误；B项，千里江山图主要材料为纤维素，错误；C项，青铜神树的主要成分为铜合金，错误；D项，兵马俑为陶俑主要材料为硅酸盐，正确。认识材料的重要性，了解硅酸盐材料的组成及表示方法，激发学生学习兴趣。能从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；预铡物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化。检测与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。活动二、三种常见的硅酸盐产品【过渡】陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前，陶瓷仍然在人类的生产和生活中扮演着重要的角色，得到了广泛应用，如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。【问题1】阅读教材P2021页内容，思考制备三种常见的硅酸盐产品的制作原理及主要原料、设备、成分分别是什么？填写表格内容。【教师】投影表格、引导分析：三种常见硅酸盐产品的性能及应用。【学生】填写表格内容、展示交流：硅酸盐产品性能应用陶瓷新石器时代就能烧制(China瓷都),唐宋时期达到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。玻璃玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料。水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。制水泥过程中加入石膏的作用是调节水泥硬化速率。一种非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程。【教师】评价、投影表格：三种常见的硅酸盐产品的制备比较。【学生】填写表格内容、展示交流：硅酸盐产品原料反应原理主要设备主要成分陶瓷黏土发生复杂的物理和化学变化（不作要求）－Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃纯碱、石灰石、石英砂Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3和SiO2水泥石灰石、黏土发生复杂的物理和化学变化（不作要求）水泥回转窑硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)【教师】评价、强调：普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料。二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。【问题探究1】工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？【学生】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况（如溶液）下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。【问题探究2】根据反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，能否证明硅酸的酸性比碳酸强？【学生】不能。因该反应不是在溶液中进行，所以不能证明硅酸的酸性强于碳酸的酸性。【教师】评价、追问：该如何设计实验证明碳酸酸性强于硅酸呢？【学生】可根据原理：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(胶体)+2NaCl来证明。【教师】如何设计实验装置？【学生】：展示交流装置图。【教师】评价、投影装置图：【对应练习1】“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品，玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐【答案】C【解析】A．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻璃，A错误；B．水泥的原料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，B错误；C．硅酸盐性质稳定，熔点较高，所以硅酸盐制品一般具有性质稳定、熔点较高的特点，C正确；D．沙子主要成分是二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，D错误；故答案选C。【对应练习2】下列说法不正确的是（）A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率【答案】B【解析】A项，陶瓷是以粘性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高温烧结而成，正确；B项，生产普通的原料是玻璃以纯碱、石灰石和石英砂，而不用石灰，经混合，发生复杂的物理和化学变化制得，错误；C项，普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料，由硅酸盐水泥熟料、5%－20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，正确；D项，向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率，在水泥粉磨时，若不掺加石膏或掺加的石膏量不足时，水泥会发生瞬凝现象，正确。拓展学生视野，赞赏化学对社会发展的重大贡献。。创设问题情境，通过对比分析，认识传统无机非金属材料产品的性能及应用，激发学生学习兴趣。从微观上探究工业上制备陶瓷、玻璃、水泥三种传统无机非金属材料的原料、原理及主要成分。通过创设问题情境，初步认识二氧化和硅酸的性质于应用，突显普通玻璃的制备原理。检测与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。环节三、新型的无机非金属材料活活活动一、硅和二氧化硅【过渡】现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。位于元素周期表第三周期、第VA族的硅元素，正好处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。【问题1】阅读课本P21最后两自然段，思考硅在自然界的存在、结构、用途和制备方法分别是什么？完成表格内容。【教师】投影表格、引导分析：硅的存在、结构及用途。【学生】完成表格内容、展示交流：存在结构周期表中位置用途含量存在形态结构示意图：空间结构：第三周期、第ⅣA族Si导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料地壳中居第二位氧化物和硅酸盐【教师】评价、投影并板书：高纯硅的制备。制备流程:制备原理（主要化学反应）：SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(1800～2000℃))Si（粗）＋2CO↑；Si（粗）＋3HCleq\o(═══,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；SiHCl3＋H2eq\o(═══,\s\up7(1100℃))Si（纯）＋3HCl。【问题探究1】碳和硅原子结构相似，为什么SiO2和CO2的物理性质差别很大，化学性质有哪些相同点和不同点？【学生1】SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因：SiO2是立体网状结构的晶体，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于SiO2。【学生2】SiO2和CO2都属于酸性氧化物，但SiO2与水、一般的酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。【学生3】高温下，SiO2能与部分盐反应，如SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。【教师】评价、投影：CO2和SiO2的比较。【学生】填写表格内容、展示交流：物质二氧化硅二氧化碳存在存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空气，燃料的燃烧产物物理性质固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反应③与碱液(NaOH)反应SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH=NaHCO3④与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOeq\o(═══,\s\up7(高温))CaSiO3如与Na2O反应：CO2＋Na2O=Na2CO3⑤与碳反应SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(高温))Si＋2CO↑CO2＋Ceq\o(═══,\s\up7(△))2CO用途制饰品、坩埚、光导纤维干冰用于人工降雨【问题探究2】实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？【答案要点】①NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。【对应练习1】下列关于SiO2的叙述正确的是（）①SiO2能与水反应生成硅酸②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化物⑤SiO2中硅元素为价，故SiO2具有氧化性⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤【答案】D【解析】①SiO2不与水反应；②SiO2对应的水化物H2SiO3(弱酸)不溶于水；③SiO2晶体中不存在单个的SiO2分子，且每个硅原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中1个碳原子与1个氧原子形成两条共价键，结构式为O=C=O，所以二者的分子结构不同；④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与碱反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，不属于两性氧化物；⑤SiO2具有弱氧化性，如高温条件下被碳还原制取粗硅：SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si+2CO↑；⑥SiO2晶体中不存在单个的SiO2分子，且每个硅原子与4个氧原子结合；结合以上分析可知，不正确的有①②③④⑥，只有⑤正确；故选D。【对应练习2】高炉冶炼的粗硅难以满足使用过程中的纯度要求，因此需对粗硅进行进一步的提纯。工业上采用Si与HCl在350℃左右反应生成SiHCl3，之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为128℃，沸点为33℃，且遇O2与H2O均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl3，其实验装置如下图所示，则下列说法正确的是（）A．工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅，发生的反应为SiO2+Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si+CO2↑B．使用浓H2SO4和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的脱水性C．冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl3冷凝为液体D．可以用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰【答案】C【解析】浓硫酸与NaCl固体混合加热发生复分解反应产生Na2SO4和HCl，HCl气体经浓硫酸干燥后与粗硅发生反应产生SiHCl3，然后经冰盐浴降温后冷凝为液体物质，多余的HCl可以被干燥管的碱石灰吸收然后排放，碱石灰还可以吸收空气中的H2O蒸气，防止SiHCl3遇水剧烈反应导致变质。A．工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅，发生反应产生Si、CO，反应的化学方程式为SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si+2CO↑，A错误；B．使用浓H2SO4和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的高沸点、难挥发性，而不是其脱水性，B错误；C．由于SiHCl3的熔点为128℃，沸点为33℃，所以冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl3冷凝为液体，C正确；D．干燥管中的碱石灰是碱性干燥剂，可以吸收HCl尾气，并可以防止空气中的水分进入收集容器，而不能用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换，D错误；故合理选项是C。从硅原子结构的微观层面理解硅单质的结构、性质和工业上纯硅的制备原理和方法，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念。通过创设问题情境，利用对比分析方法，熟练掌握二氧化硅的主要化学性质。创设问题情境，进一步了解硅酸盐（钠）的性质及应用。检测与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。活活活动二、常见两种新型无机非金属材料【过渡】新型无机非金属材料在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，如陶瓷在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了材料的应用领域。【问题1】阅读教材P23页内容，结合“科学·技术·社会”栏目，回答常见新型陶瓷的种类、成分、性能及主要用途有哪些？填写表格内容。【教师】投影表格、引导分析。【学生】阅读教材、填写表格内容、展示交流：新型材料成分性能主要应用金刚砂碳化硅(SiC)硬度大、耐高温、抗氧化磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料高温结构陶瓷碳化硅、氮化硅、金属氧化物耐高温、抗氧化、耐腐蚀用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等压电陶瓷钛酸盐、锆酸盐等能实现机械能和电能的相互转化用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等透明陶瓷氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷—临界温度下具有超导性用于电力、交通、医疗等领域【教师】评价、引导。【问题2】阅读教材P2324页内容，回答常见碳纳米材料的种类、性能及用途有哪些？填写表格内容。【教师】讲解：碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，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。【教师】投影表格、引导分析：碳纳米材料的分类及用途【学生】填写表格内容、展示交流：碳纳米材料概念性能用途富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中C60是富勒烯的代表物—C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象,开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代,如用C60作车轮的“纳米汽车”。碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能生产复合材料、电池和传感器等石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高，具有很高的强度在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究正在不断深入【教师】评价、小结：本节课主要学习了无机非金属材料，了解了传统的硅酸盐（陶瓷、玻璃、水泥）工业的生产原料、原理及主要成分及用途。同时，还学习了新型的无机非教师材料，如硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等知识。【对应练习1】下列关于无机非金属材料的说法不正确的是()A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同【答案】B【解析】无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。【对应练习2】北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能服饰、铝合金管材和光导纤维等等。下列有关说法中，不正确的是（）A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是二氧化硅C．制造芯片的关键材料是二氧化硅D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料【答案】C【解析】A．石墨烯是单层二维蜂窝状结构碳单质，是具有优异的光学、电学、力学特性的新型材料，故A正确；B．光缆的主要成分是二氧化硅，故B正确；C．芯片的关键材料是单质硅，故C错误；D．富勒烯及石墨烯都是碳单质，是新型无机非金属材料，故D正确；选C。通过了解新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，拓展学生知识面。通过学习最新的科研成果—碳纳米材料有关知识，培养学科学习兴趣，激发社会责任感。检测与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。环节四、课后巩固作业设计1．（易）教材作业：P25页练习2、3、4、52．化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误的是（）A．“天宫二号”空间运行的动力源泉——太阳能电池帆板，其核心材料为晶体硅B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有丁达尔效应C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化史上的诸多空白。青铜器的出土表明我国商代已经掌握冶炼铜技术D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅【答案】D【解析】A．宫二号使用的光伏太阳能电池的核心材料是半导体硅，天宫二号使用的光伏太阳能电池是将太阳能转化为电能，A正确；B．“天问一号”火星车使用的热控材料是新型保温材料纳米气凝胶，属于胶体，能够产生丁达尔效应，B正确C．青铜器的主要成分是铜单质，商代的铜人铜像，说明此时我国已经掌握炼铜技术，C正确；D．单质硅是半导体材料，芯片中的半导体材料为单质硅，D错误；故选D。3.下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（）A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒【答案】C【解析】A．豆浆，血液属于胶体，所以应具备胶体的性质，在遇到电解质溶液、加热、电性相反的电解质的时候都会聚沉，A正确；B．玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸盐类，都属于传统的无机非金属材料，B正确；C．铝合金不易锈蚀是因为铝在常温下与氧气反应生成一层致密的氧化膜，阻止内部的铝与氧气继续反应，C错误；D．一氧化碳有毒,不溶于水，火炉旁边放盆，水不能防一氧化碳中毒，D正确；故选C。4．我国科学家制得了二氧化硅超分子纳米管，其微观结构如图所示。下列叙述错误的是（）A．二氧化硅属于酸性氧化物 B．二氧化硅超分子纳米管不与任何酸反应C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 D．二氧化硅与碱的反应是非氧化还原反应【答案】B【解析】A项，二氧化硅可与NaOH溶液发生反应SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，属于酸性氧化物，正确，不符合题意；B项，二氧化硅可与HF发生反应SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O，所以二氧化硅超分子纳米管可与HF这种酸发生反应，错误，符合题意；C项，二氧化硅可用于生产光导纤维，所以光导纤维的主要成分是二氧化硅，正确，不符合题意；D项，二氧化硅与碱的反应，如SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O等，反应过程中所有元素的化合价均未发生变化，所以是非氧化还原反应，正确，不符合题意。5.下列说法不正确的是（）A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料C．光导纤维的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O【答案】A【解析】A．二氧化碳能与镁发生化学反应，不能用作镁着火的灭火剂，故A错误；B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，电子工业上用途广泛，故B正确；C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅是重要的半导体材料，故C正确；D．依据元素化合价代数和为0，分析硅酸盐用氧化物形式书写，青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式科表示为：Al2O3•2SiO2•2H2O，故D正确；故选：A。6．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的工艺流程如图所示：下列说法正确的是（）A．硅在自然界中主要以游离态形式存在B．电弧炉中发生的反应为SiO2＋Ceq\o(,\s\up7(高温))Si＋CO2↑C．在还原炉里发生的反应中，还原剂是SiHCl3D．含60kgSiO2的石英砂，理论上最多可制得28kg高纯硅【答案】D【解析】各步发生的反应为：电弧炉SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，流化床反应器Si＋3HCleq\o(,\s\up7(高温))SiHCl3＋H2，还原炉SiHCl3＋H2eq\o(,\s\up7(高温))Si＋3HCl。A项，硅在自然界中主要存在于硅酸盐、二氧化硅等化合物中，以化合态形式存在，错误；B项，电弧炉中发生的反应为二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，错误；C项，在还原炉里发生的反应中，还原剂是H2，SiHCl3中的硅化合价降低，是氧化剂，错误；D项，根据关系式：SiO2～Si，含60kgSiO2的石英砂，理论上最多可制得EQ\f(60000g,60g·mol－1)×28g·mol－1＝28000g＝28kg高纯硅，正确。7．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起【答案】B【解析】A．普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，故A正确；B．玻璃是混合物，没有固定的熔点，故B错误；C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，组成也可表示为Na2O·CaO·6SiO2，故C正确；D．二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛有NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，故D正确；故答案为B。8.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7000多块铝板和1200多块玻璃等建成。