课件33张PPT。第五章 化工生产中的重要非金属
第三节 无机非金属材料新课讲解课程学习目标新课讲解导入 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？ 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。一、传统硅酸盐材料新课讲解 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。立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质资料卡片新课讲解唐三彩新课讲解生产原料：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2.①陶 瓷（china）新课讲解机场出口处的蓝色玻璃隔离墙 红色玻璃产品新课讲解生产原料：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、SiO2
主要特性：非晶体，无固定的熔点②玻 璃 新课讲解 玻璃的种类新课讲解
水 泥 水泥是最常用的建筑材料下图是1949—1998年我国水泥产量示意图新课讲解生产原料：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③水 泥新课讲解二、 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。
新课讲解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，为半导体材料新课讲解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！新课讲解玛瑙玛瑙玛瑙③单质Si的制备在高温下让粗硅（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新课讲解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。集成电路 晶体管新课讲解4. 二氧化硅（ 硅石 ）存在及应用新课讲解新课讲解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。新课讲解光导纤维主要特性：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。新课讲解新课讲解几种新型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。新课讲解科学、技术、社会6、碳纳米材料
----富勒烯（C60）、碳纳米管、石墨烯等新课讲解富 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，强度高用于光电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。新课讲解碳纳米汽车1.下列叙述错误的是（ ） A.硅在自然界中主要以单质形式存在 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____________．课堂练习A⑧⑩⑤⑥⑦⑨①②③④3.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课堂练习4.SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH反应可生长
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。课堂练习答案：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。课堂练习答案：（1）c,d；（2） N: Si: Si3N4
(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。课堂练习答案：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。
小结硅酸盐无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料陶瓷
玻璃
水泥高温结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷课堂小结谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
欢迎加入21世纪教育网教师合作团队！！月薪过万不是梦！！
详情请看：
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
《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，也充满了对自然界的改造和不断的进步.j2
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？
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
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
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！
③单质Si的制备
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
结晶形（石英晶体）---又可以分为水晶和玛瑙
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：
下列叙述错误的是（ ） A.硅在自然界中主要以单质形式存在
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: Si ： Si3N4
（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。
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
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．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
