2021-2022学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册5.3无机非金属材料 教学设计

课题 无机非金属材料 课型 新授课 备课日期
授课日期
教材分析 本节内容主要包括传统硅酸盐材料和新型无机非金属材料。教材首先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，提升“科学态度与社会责任”等学科核心素养。 本节内容主要为无机非金属材料知识的常识性介绍，呈现方式主要为正文描述结合图片和资料卡片等栏目的形式，信息多，阅读量大。建议教学时提前布置学生自学。在课意上以讲授与讨论相互结合的形式进行归纳整合。
学情分析 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，，让学生了解化学学科对社会进步的价值，提升“科学态度与社会责任”等学科核心素养。
教 学 目 标 课程目标 学科素养
1、了解并掌握硅、二氧化硅的性质，了解二者在生产、生活中的应用。 2、根据无机非金属材料在生产、生活中的应用来研究材料的性能及应用，认识到材料对生产、生活的影响。 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。
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 硅酸盐的组成成分。
教 学 设 计 集备 再次修订
[引入]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。 ［指导阅读］课本19页 1、无机非金属材料 2、传统无机非金属材料 ［讲述］无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包括陶瓷、玻璃和水泥三种。 ［提问］为什么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？ ［讲述］在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。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。 [讲述]]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 主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、 主要特性：非晶体，无固定的熔点 玻璃的种类 种类特性用途石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等
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 ［问题探究］据强酸制弱酸的规律，上述玻璃窑中发生的反应，能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？ ［学生讨论］不能。强酸制弱酸的规律仅适用于溶液中进行的反应，而且，从碳和硅在周期表中的位置推断，应该是碳酸酸性强于硅酸。 ［讲述］二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物均为固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强，酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们已学的复分解反应的规律，仅是适用于溶液里的反应，不能套用高温条件下物质之间的反应。 二、新型无机非金属材料 1、硅和二氧化硅 (1)存在;硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 (2)用途 ①硅：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，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 ②二氧化硅：可用来生产光导纤维。 (3)粗硅的制备 自然界中没有游离态的硅单质，可由硅的氧化物与焦炭反应制备粗硅，反应的化学方程式为： 粗硅经过化学方法进一步提纯即可获得高纯硅。 (4)高纯硅的制备原理 其中涉及的主要化学反应： ［注意］碳和二氧化硅反应时，碳被氧化只能生成一氧化碳。 (5)二氧化硅的化学性质 ①具有酸性氧化物的通性，能与碱反应：,生成的硅酸钠是一种矿物胶，所以不能用带磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放碱液。 ②能被氢氟酸腐蚀，用于雕刻玻璃。 ③高温下能与碳酸钠、碳酸钙反应生产玻璃。 ［注意］二氧化硅不溶于水，也不与水反应。 2、新型陶瓷 (1)主要特性：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (2)举例：如碳化硅陶瓷，硬度大，可用作砂纸和砂轮的磨料，具有优异的高温抗氧化性能，用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3、碳纳米材料 (1)富勒烯 ①主要特性 由碳原子构成的笼形分子的总称，性质稳定。 ②用途 为纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的“纳米汽车”。 (2)碳纳米管 ①主要特性 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。 ②用途 生产复合材料、电池和传感器等。 (3)石墨烯 ①主要特性 电阻率低、热导率高、强度高。 ②用途 广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。
思 维 导 图 总 结
板 书 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.新型无机非金属材料 2.硅的工业制取 3. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用 4、新 型 陶 瓷 材 料 5、碳纳米材料
作 业 课后对应习题
小练基础巩固
课 后 反 思