1、第四章 元素與材料世界硅 無機非金屬材料一、教材分析（一）知識脈絡本節教材以無機非金屬材料和硅單質及其化合物的性質兩條線索相互交叉而展開，介紹了硅、二氧化硅的性質，硅單質的制法，硅、二氧化硅在計算機及通信等高技術領域的應用，常見的硅酸鹽材料玻璃、水泥、陶瓷和新型無機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日常生活中應用介紹的力度。（二）知識框架1半導體材料與單質硅單質硅的物理性質：硅的化學性質：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，一般不與其他物質反應。加熱條件下，可與氧氣反應。Si + O2 加熱= SiO2 Si + 2F2 = SiF4 Si + 4HF =

2、SiF4 + 2H2硅的工業制法：工業上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質的粗硅后再提純。SiO2 + 2C 高溫= Si + 2CO硅的主要用途：作半導體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。2二氧化硅與光導纖維物理性質化學性質 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO 高溫= CaSiO3 SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O二氧化硅的用途：制造電子元器件、光學儀器、精密儀器軸承、光導纖維、石英鐘、工藝品、玻璃等。3硅酸鹽與無機非金屬材料玻璃、水泥玻 璃水 泥原 料純堿（Na2CO3）石灰石（CaCO3）石英（SiO2）主要原料 石

3、灰石 粘土輔助原料 適量的石膏等原 理高溫下復雜物理化學變化高溫下復雜物理化學變化化學方程式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，稱為玻璃態物質無固定熔點，在某一溫度范圍內軟化可加工成制品3CaO·SiO2硅酸三鈣、2CaO·SiO2硅酸二鈣、3CaO·Al2O3鋁酸三鈣無機非金屬材料：高溫結構陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等二、教學目標1 知識技能目標掌握硅、二氧化硅的物理化學性質，粗硅的制法。認識硅、二氧化硅作為無機非金屬材料

4、的特性及其用途，了解硅酸鹽等無機非金屬材料的基本組成、性能、用途。2 方法與過程目標學習從不同的角度出發對常見材料進行分類的方法，能根據同一類別不同物質的性質歸納出該類物質的通性，并能運用通性簡單預測其他物質的性質。3 情感態度與價值觀目標通過對作為計算機、光通信等高科技關鍵材料的硅、二氧化硅等無機非金屬材料的學習，利用學生對高科技的濃烈興趣，激發學生對化學的興趣，通過對我國從古到今，從燒制陶瓷到現代科技成就的介紹，培養學生的民族自豪感。三、重點、難點（一） 知識上重點、難點硅單質及其化合物的性質，硅的制法（二） 方法上重點、難點查閱收集相關資料的方法，多角度思維能力，歸納類比能力。四、教學準

5、備1查閱相關資料，常見半導體材料有哪些？硅有哪些主要用途？2光導纖維的主要成分是什么？光通信比普通電纜通信有哪些優點？光纖除用于通信外，還可用于哪些領域？3查閱有關資料，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、教學設計引言材料是人類生活必不可少的物質基礎。材料的發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，衛星就無法工作?？萍嫉陌l展和社會的進步往往受到材料的制約。一種新材料的發現可能會給社會帶來革命性的變化。新材料的不斷涌現，舊材料功能的不斷拓

6、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世界，如各種日常生活用品，工農業設施，建筑，交通工具等等，你知道構成它們的材料有哪些？請你分別站在不同的角度，對它們進行分類。學生回答、教師總結構成它們的材料有：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、人工合成材料從導電性分：導電材料、半導體材料、絕緣體材料從物質類別分：無機材料、有機材料；金屬材料、非金屬材料從物質性質分：過渡站在不同的角度，對材料有不同的分類。今天我們學習第四章元素與材料世界。板書第四章 元素與材料世界聯想質疑你能在沙子與計算機之間、沙子與計算機光通信之間建立起某種聯系

7、嗎？（提示：沙子的主要成分是SiO2）學生回答、教師總結沙子硅芯片計算機沙子硅芯片計算機沙子光導纖維計算機光通信過渡高純度的硅是常見的最重要的半導體材料，水泥、陶瓷、玻璃等是常見的重要的含硅無機非金屬材料。板書第一節 硅 無機非金屬材料一、 半導體材料與單質硅交流研討你知道的半導體材料有哪些？非金屬單質有哪些相似的化學性質？學生回答、教師總結除硅外，常見的半導體材料還有鍺、銦等。大多數非金屬單質一般可與金屬、氧氣、氫氣、堿等物質反應。聯想質疑硅作為非金屬，它具備這些性質嗎？閱讀總結1。單質硅的物理性質：2硅的化學性質：常溫下不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，一般不與其他物質反應。加熱條件下，可與

8、氧氣反應。Si + O2 加熱= SiO2 Si + 2F2 = SiF4Si + 4HF = SiF4 + 2H23硅的工業制法：工業上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質的粗硅后再提純。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體材料？硅除作為半導體材料外，還有哪些用途？學生回答、教師總結硅成為一種重要的半導體材料的原因是：原料豐富易得，價格低，常溫下化學性質穩定。硅除作為半導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、耐酸設備等。板書4。硅的主要用途：作半導體材料；制造太陽能電池；制造硅合

9、金等。板書二、二氧化硅與光導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的主要成分是二氧化硅？從物質分類角度來看，二氧化硅屬于哪類物質？可能具有那些性質？在實驗室，為什么盛裝堿液的試劑瓶不能用玻璃塞？學生回答、教師總結自然界常見的沙子、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，還可與氫氟酸反應。講解、板書1。物理性質 2化學性質 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO 高溫= CaSiO3 SiO2 +

10、4HF = SiF4 + 2H2O交流研討過去，人們曾應用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關于通信方面的計劃，大家知道是什么嗎？講述是“信息高速公路”計劃，而光纖、光纜是信息高速公路的基石。光纖通信發展很快，全世界總量超過1億公里。我國在這方面起步并不算晚，1995年一年鋪設了130萬公里，全國已形成八橫八縱的干線網。拉薩和大多數縣城已經鋪設了光纜。中日、中美海底光纜已經開通。另外，光纖還用于醫學等許多方面，如腸鏡、胃鏡。甚至可以利用內窺鏡觀察到心臟內部的情況。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：

11、制造電子元器件、光學儀器、精密儀器軸承、光導纖維、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非金屬材料。學生回答、教師總結常見的無機非金屬材料有：天然砂石泥土、水泥、玻璃、陶瓷、搪瓷等板書三、硅酸鹽與無機非金屬材料聯想質疑（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，是一種高溫結構陶瓷。高溫結構陶瓷是新型無機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？教師講述因為：燈內溫度高達1 400 ，鈉蒸氣具有強烈的腐蝕（還原）作用，一般的材料難于抵御鈉蒸氣強烈腐蝕。鈉蒸氣放電發光問題雖早在1950年就得以解決，但直到1965年發現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烈腐蝕，從而制出第一支高壓鈉燈。由此說明材料對科技發展的巨大影響。閱讀總結閱讀教材第三部分，回答下列問題：1 黏土、鉀長石、鈉長石屬于哪類礦物