《3-1-无机非金属材料》教案3.doc

课题3 无机非金属材料
教案3
●课标要求
1．讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。
2．举例说明金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点，了解有关的生产原理。
3．收集我国现代材料研究和材料工业发展情况的资料，认识新材料的发展方向。
●课标解读
1．了解硅酸盐工业及一些产品。
2．掌握制造水泥、玻璃的主要原料、主要成分及制玻璃的反应原理。
3．了解几种玻璃的性能及用途。
4．了解陶瓷的制作过程及用途。
5．了解新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的区别。
6．了解高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。
●教学地位
本课题按照资源、材料和化学技术间的关系展开，主要介绍了陶瓷、玻璃和水泥等传统硅酸盐材料和新型陶瓷、单晶硅、石墨、金刚石、足球烯等新型无机非金属材料的生产原料、制作过程、主要性能和用途。体现人类使用无机非金属材料的进程，以及新型材料与现代科学技术进步的关系。本课题高考侧重考查典型无机非金属材料生产的化学原理。
●新课导入建议
人们在日常生活中离不开无机非金属材料，从日用陶瓷到高楼大厦，从手机芯片到太阳能电池。你了解的传统硅酸盐材料有哪些？知道它们是怎样生产出来的吗？你了解新型无机非金属材料的特点和应用吗？让我们一起学习本节知识，了解相关的内容吧！
●教学流程设计
课前预习
1．自学教材课题1，初步了解无机非金属材料的种类、性能、生产过程、主要用途等。
2．完成[课前自主导学]，尝试解决[思考交流]中的问题。
3．标记预习中的难点和疑点。⇒步骤1：新课导入，教材地位分析。
利用生活中常见的硅酸盐材料引入课题，激发学生学习的积极性和主动性。⇒步骤2：阅读材料，交流讨论。
1．阅读教材理解硅酸盐材料的特点。
2．对玻璃、水泥的生产，侧重认识他们的主要化学组成和基本反应原理。
3．以新型陶瓷、单晶硅说明化学在新型无机非金属材料制造中的特殊支持作用。
4．通过对石墨、金刚石、碳­60的认识、开发和利用，体会化学在材料的生产、使用和发展中的作用
步骤5：巩固训练，检验测评。
1．利用[当堂双基达标]巩固课堂所学知识，并检测学生掌握情况。
2．根据教学实际安排课下作业，完成[课后知能检测]⇐步骤4：课堂小结，形成体系。
利用[课堂小结]结合课堂教学实际，总结本节知识重点、难点和热点，帮助学生从整体上认识本节知识，形成完整的知识体系。⇐步骤3：互动探究，重点讲解：1.结合[课堂互动探究]中的要点阐述、例题进行重点讲解。
2．利用[变式训练]巩固知识并检测学生掌握情况。

课　标　解　读
重　点　难　点
1.了解普通陶瓷、普通玻璃和普通水泥的生产原料、制作过程、主要性能和用途。了解几种特殊玻璃的主要性能和用途。
2.了解新型陶瓷、单晶硅、石墨、金刚石、足球烯等的生产原料、制作过程、主要性能和用途。
3.以玻璃和陶瓷为例认识物质的组成、结构、性能和用途之间的关系。
4.通过了解陶器、瓷器及新型陶瓷材料的原料等内容，知道陶瓷材料的主要化学成分，陶与瓷以及新型陶瓷材料在成分上的区别。
1.掌握制造水泥、玻璃的主要原料、主要成分及制玻璃的反应原理。(重点)
2.硅氧四面体的特殊性。(重难点)
3.通过多种途径，帮助学生逐渐形成对化学与材料发展关系比较全面的认识。(难点)

传统硅酸盐材料
1.传统硅酸盐材料概述
硅酸盐材料生产原料黏土、石英、钾长石、钠长石等　性质硅酸盐材料大多具有稳定性强、
硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、
耐腐蚀等特点　结构一般均含有[SiO4]4－结构
2．陶瓷
陶
瓷分类土器瓷器炻器主要原料黏土、水、彩釉制造过程混合→成型→干燥→
烧结→冷却→成品陶
瓷器性质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐
高温、绝缘、易成型
原料及烧制温度是影响陶瓷品种和性能的关键技术。陶瓷色彩丰富是由于烧制前的坯体上涂了彩釉的缘故，釉料中含有一些金属及其化合物，因发生不同的氧化还原反应，而形成不同的颜色。
3．玻璃
(1)主要生产原料：石英砂、石灰石、纯碱。
(2)反应原理(用化学反应方程式表示)：
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
(3)主要工序：加热熔融、澄清、成型和缓冷。
(4)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合在一起而形成的玻璃态物质。
(5)特种玻璃
含有钾和铅的原料用来制造光学玻璃；加入B2O3制成化学实验室中的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到颜色不同的玻璃。

思考与交流
1．玻璃为什么能被人工吹制成各种形状？
【提示】　玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成各种形状的制品。
4．水泥
普通硅酸盐水泥硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2_)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)等。 石灰石和黏土)生料
熟料水泥水硬性，即可以在空气和水中硬化
新型无机非金属材料
1.新型陶瓷

碳化硅(SiC)陶瓷
氮化硅(Si3N4)陶瓷
性能特点
硬度大，可耐2 000 ℃的高温，有较高的强度，化学性质稳定，耐腐蚀性强。
是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
主要用途
高温耐腐蚀部件、研磨盘、密封环、研磨介质、防弹板、航天器的涂层材料等。
轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件、发动机受热面等。

制造方法
将二氧化硅与碳在电炉中加热至1 900 ℃以上可制得碳化硅。
3C＋SiO2SiC＋2CO↑
①将高纯硅与纯氮气加热至1 300 ℃可制得氮化硅。
3Si＋2N2Si3N4
②可用化学气相沉积法，在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4层。
3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl

2．新型陶瓷材料是不是陶瓷？
【提示】　新型陶瓷材料从化学组成上来看已经不属于传统硅酸盐陶瓷材料了，只是它们多数也具有一般硅酸盐材料的耐高温、强度高、耐腐蚀的特性，并且从外观上与传统的硅酸盐陶瓷一样不具有金属光泽，都属于脆性材料，容易碎裂等。广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广义定义来看仍然属于陶瓷材料。
2．现代信息基础材料——单晶硅
(1)硅是目前半导体工业最重要的基础材料，制取纯度为95%～99%的硅(粗硅)的反应方程式为：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(2)用纯度为95%～99%的硅再生产高纯度硅的反应方程式为：
①Si＋3HClSiHCl3＋H2；
②SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
3．石墨、金刚石和C60——新材料诞生新科技
金刚石、石墨、C60是碳的重要同素异形体。
(1)在金刚石、石墨、C60中熔点由高到低的顺序是：
石墨>金刚石>C60。
(2)金刚石和石墨二者可以相互转化，二者的转化属于化学变化。
(3)气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为：
CH4C(金刚石)＋2H2。
(4)C60是碳的另一种单质，类似的还有C70、C240、C540、C960等。C60可能成为新型贮氢材料；而K3C60具有超导性，可能开发出高温超导材料；碳纳米管则具有更大的韧性。

传统硅酸盐材料的比较
【问题导思】　
①生产玻璃和水泥均使用的原料是什么？
【提示】　石灰石。
②玻璃为什么能呈现不同的颜色？
【提示】　在玻璃中加入一些金属的氧化物或盐可以得到颜色不同的玻璃，成为玻璃装饰艺术的常用材料。

陶瓷
玻璃
水泥
主要性能
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等
玻璃态物质，没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐软化
水硬性