第四章 元素與材料世界硅  無機(jī)非金屬材料一、    教材分析（一）知識(shí)脈絡(luò)本節(jié)教材以無機(jī)非金屬材料和硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)兩條線索相互交叉而展開，介紹了硅、二氧化硅的性質(zhì)，硅單質(zhì)的制法，硅、二氧化硅在計(jì)算機(jī)及通信等高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，常見的硅酸鹽材料玻璃、水泥、陶瓷和新型無機(jī)硅酸鹽材料的主要成分和用途。與舊教材相比，本教材加大了各種材料在社會(huì)日常生活中應(yīng)用介紹的力度。（二）知識(shí)框架1．半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅①單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：②硅的化學(xué)性質(zhì)：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)。加熱條件下，可與氧氣反應(yīng)。Si + O2 加熱===== SiO2       Si + 2F2 === SiF4        Si + 4HF === SiF4 ↑+ 2H2↑③硅的工業(yè)制法：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅后再提純。SiO2 + 2C 高溫===== Si + 2CO↑④硅的主要用途：作半導(dǎo)體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。2．二氧化硅與光導(dǎo)纖維①物理性質(zhì)②化學(xué)性質(zhì)   SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O           SiO2 + CaO  高溫===== CaSiO3   SiO2 + 4HF == SiF4↑ + 2H2O③二氧化硅的用途：制造電子元器件、光學(xué)儀器、精密儀器軸承、光導(dǎo)纖維、石英鐘、工藝品、玻璃等。3．硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料①玻璃、水泥 玻        璃水       泥原   料純堿（Na2CO3）石灰石（CaCO3）石英（SiO2）主要原料  石灰石  粘土輔助原料  適量的石膏等原   理高溫下復(fù)雜物理化學(xué)變化高溫下復(fù)雜物理化學(xué)變化化學(xué)方程式Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 主要成分及特性普通玻璃 鈉玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）玻璃是非晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)無固定熔點(diǎn)，在某一溫度范圍內(nèi)軟化可加工成制品3CaO·SiO2硅酸三鈣、2CaO·SiO2硅酸二鈣、3CaO·Al2O3鋁酸三鈣②無機(jī)非金屬材料：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等二、教學(xué)目標(biāo)1．  知識(shí)技能目標(biāo)掌握硅、二氧化硅的物理化學(xué)性質(zhì)，粗硅的制法。認(rèn)識(shí)硅、二氧化硅作為無機(jī)非金屬材料的特性及其用途，了解硅酸鹽等無機(jī)非金屬材料的基本組成、性能、用途。2．  方法與過程目標(biāo)學(xué)習(xí)從不同的角度出發(fā)對常見材料進(jìn)行分類的方法，能根據(jù)同一類別不同物質(zhì)的性質(zhì)歸納出該類物質(zhì)的通性，并能運(yùn)用通性簡單預(yù)測其他物質(zhì)的性質(zhì)。3．  情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)通過對作為計(jì)算機(jī)、光通信等高科技關(guān)鍵材料的硅、二氧化硅等無機(jī)非金屬材料的學(xué)習(xí)，利用學(xué)生對高科技的濃烈興趣，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的興趣，通過對我國從古到今，從燒制陶瓷到現(xiàn)代科技成就的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。三、重點(diǎn)、難點(diǎn)（一）   知識(shí)上重點(diǎn)、難點(diǎn)硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)，硅的制法（二）   方法上重點(diǎn)、難點(diǎn)查閱收集相關(guān)資料的方法，多角度思維能力，歸納類比能力。四、教學(xué)準(zhǔn)備1．查閱相關(guān)資料，常見半導(dǎo)體材料有哪些？硅有哪些主要用途？2．光導(dǎo)纖維的主要成分是什么？光通信比普通電纜通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖除用于通信外，還可用于哪些領(lǐng)域？3．查閱有關(guān)資料，說明消防員穿的棉布衣服為什么比普通棉布衣服不易著火燃燒？五、教學(xué)設(shè)計(jì)［引言］材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料的發(fā)展史就是一部人類文明史。沒有感光材料，我們就無法留下青春的回憶；沒有特殊的熒光材料，就沒有彩色電視；沒有高純的單晶硅，就沒有今天的奔騰電腦；沒有特殊的新型材料，火箭就無法上天，衛(wèi)星就無法工作。科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步往往受到材料的制約。一種新材料的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)給社會(huì)帶來革命性的變化。新材料的不斷涌現(xiàn)，舊材料功能的不斷拓展，才使我們的世界日新月異，奔騰向前。［交流研討］豐富多彩的物質(zhì)世界，如各種日常生活用品，工農(nóng)業(yè)設(shè)施，建筑，交通工具等等，你知道構(gòu)成它們的材料有哪些？請你分別站在不同的角度，對它們進(jìn)行分類。［學(xué)生回答、教師總結(jié)］構(gòu)成它們的材料有：塑料、各種金屬、木材、棉花、沙子、石頭、水泥、玻璃、陶瓷、泥土等等……從來源分：天然材料、人工合成材料從導(dǎo)電性分：導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、絕緣體材料從物質(zhì)類別分：無機(jī)材料、有機(jī)材料；金屬材料、非金屬材料從物質(zhì)性質(zhì)分：…………［過渡］站在不同的角度，對材料有不同的分類。今天我們學(xué)習(xí)第四章元素與材料世界。［板書］第四章   元素與材料世界［聯(lián)想質(zhì)疑］你能在沙子與計(jì)算機(jī)之間、沙子與計(jì)算機(jī)光通信之間建立起某種聯(lián)系嗎？（提示：沙子的主要成分是SiO2）［學(xué)生回答、教師總結(jié)］沙子――硅――芯片――計(jì)算機(jī)   ［過渡］高純度的硅是常見的最重要的半導(dǎo)體材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常見的重要的含硅無機(jī)非金屬材料。［板書］第一節(jié)  硅  無機(jī)非金屬材料一、半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅［交流研討］你知道的半導(dǎo)體材料有哪些？非金屬單質(zhì)有哪些相似的化學(xué)性質(zhì)？［學(xué)生回答、教師總結(jié)］除硅外，常見的半導(dǎo)體材料還有鍺、銦等。大多數(shù)非金屬單質(zhì)一般可與金屬、氧氣、氫氣、堿等物質(zhì)反應(yīng)。［聯(lián)想質(zhì)疑］硅作為非金屬，它具備這些性質(zhì)嗎？［閱讀總結(jié)］1。單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：2．硅的化學(xué)性質(zhì)：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)。加熱條件下，可與氧氣反應(yīng)。Si + O2 加熱===== SiO2       Si + 2F2 === SiF4Si + 4HF === SiF4 ↑+ 2H2↑3．硅的工業(yè)制法：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅后再提純。SiO2 + 2C 高溫===== Si + 2CO↑［交流研討］什么原因促使硅成為一種重要的半導(dǎo)體材料？硅除作為半導(dǎo)體材料外，還有哪些用途？［學(xué)生回答、教師總結(jié)］硅成為一種重要的半導(dǎo)體材料的原因是：原料豐富易得，價(jià)格低，常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。硅除作為半導(dǎo)體材料用來制集成電路、晶體管、硅整流器外，還可制造太陽能電池，硅合金等。硅合金用于制造變壓器、耐酸設(shè)備等。［板書］4。硅的主要用途：作半導(dǎo)體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。［板書］二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維［交流研討］閱讀教材P105頁第三段，說明在自然界哪些常見物質(zhì)的主要成分是二氧化硅？從物質(zhì)分類角度來看，二氧化硅屬于哪類物質(zhì)？可能具有那些性質(zhì)？在實(shí)驗(yàn)室，為什么盛裝堿液的試劑瓶不能用玻璃塞？［學(xué)生回答、教師總結(jié)］自然界常見的沙子、鵝卵石、石英、水晶的主要成分是二氧化硅，純凈的二氧化硅為無色透明的晶體，不溶于水，熔點(diǎn)高、硬度大。它屬于非金屬氧化物、酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性?？膳c堿性氧化物、堿反應(yīng)，還可與氫氟酸反應(yīng)。［講解、板書］1。物理性質(zhì)        2．化學(xué)性質(zhì)           SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O           SiO2 + CaO  高溫===== CaSiO3           SiO2 + 4HF == SiF4↑ + 2H2O［交流研討］過去，人們曾應(yīng)用CaF2粉末和濃H2SO4的混合物涂抹到玻璃上刻字作畫，請說明原理。［提問］1992年在美國曾提出一項(xiàng)關(guān)于通信方面的計(jì)劃，大家知道是什么嗎？［講述］是“信息高速公路”計(jì)劃，而光纖、光纜是信息高速公路的基石。光纖通信發(fā)展很快，全世界總量超過1億公里。我國在這方面起步并不算晚，1995年一年鋪設(shè)了130萬公里，全國已形成八橫八縱的干線網(wǎng)。拉薩和大多數(shù)縣城已經(jīng)鋪設(shè)了光纜。中日、中美海底光纜已經(jīng)開通。另外，光纖還用于醫(yī)學(xué)等許多方面，如腸鏡、胃鏡。甚至可以利用內(nèi)窺鏡觀察到心臟內(nèi)部的情況。［交流研討］閱讀教材，說明二氧化硅的用途。［講解、板書］3。二氧化硅的用途：制造電子元器件、光學(xué)儀器、精密儀器軸承、光導(dǎo)纖維、石英鐘、工藝品、玻璃等。［交流研討］請盡可能多地列舉出你見過的廣泛使用的無機(jī)非金屬材料。［學(xué)生回答、教師總結(jié)］常見的無機(jī)非金屬材料有：天然砂石泥土、水泥、玻璃、陶瓷、搪瓷等［板書］三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料［聯(lián)想質(zhì)疑］（展示高壓鈉燈）高壓鈉燈的外罩是玻璃。里面的燈管是氧化鋁陶瓷，又叫人造剛玉，是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料中的一類。為什么高壓鈉燈的燈管要用氧化鋁陶瓷來制造呢？［教師講述］因?yàn)椋簾魞?nèi)溫度高達(dá)1 400 ℃，鈉蒸氣具有強(qiáng)烈的腐蝕（還原）作用，一般的材料難于抵御鈉蒸氣強(qiáng)烈腐蝕。鈉蒸氣放電發(fā)光問題雖早在1950年就得以解決，但直到1965年發(fā)現(xiàn)用氧化鋁陶瓷來制造高壓鈉燈的燈管，才能抵御鈉蒸氣的強(qiáng)烈腐蝕，從而制出第一支高壓鈉燈。由此說明材料對科技發(fā)展的巨大影響。［閱讀總結(jié)］閱讀教材第三部分，回答下列問題：1．  黏土、鉀長石、鈉長石屬于哪類礦物？ 2．  生產(chǎn)玻璃、水泥的主要原料分別是什么？3．  水玻璃、玻璃、水泥的主要成分分別什么？生產(chǎn)玻璃的主要反應(yīng)是什么？為什么玻璃沒有固定的熔點(diǎn)？4．  混凝土是什么與水混合凝固而成的？5．  新型無機(jī)非金屬材料高溫陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷各有什么特性？什么用途？［學(xué)生回答、教師總結(jié)］（略）［作業(yè)］有興趣的同學(xué)課后搜集有關(guān)新型無機(jī)非金屬材料的實(shí)物或文字資料，寫一篇科普小論文。 

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第1節(jié) 硅 無機(jī)非金屬材料

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