无机非金属材料的性能教学教材
5.3 无机非金属材料 讲义【新教材】2020-2021学年人教版(2019)高一化学必修二
第三节 无机非金属材料课标解读内容要求学业要求1.结合实例认识无机非金属材料的组成、性能与应用之间的联系。
2.结合真实情景中的应用实例,了解硅酸盐、硅和二氧化硅的主要性质。
1.通过无机非金属材料的学习,认识化学对社会发展的重要贡献,具有可持续发展的意识,能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
2.通过实例认识二氧化硅、硅、硅酸盐等的性质和应用,认识和了解它们在生产、生活中的应用。
学习任务一 硅酸盐材料陶瓷在我国有悠久的历史,手工制造陶瓷的一般过程如图所示。
请你结合初中学过的知识,回答下列问题。
(1)制造陶瓷的原料是什么?(2)手工制造陶瓷的过程中,一定发生化学变化的是哪个过程?答案 (1)制造陶瓷的原料是黏土。
(2)一定发生化学变化的是④烧结。
1.硅酸盐的结构、特点结构特点硅氧四面体硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点2.陶瓷产品 主要原料制备过程生产应用陶瓷 ① 黏土 原料经高温烧结而成 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等3.玻璃和水泥 产品主要原料主要设备主要成分用途普通 玻璃 ② 纯碱、石灰石、石英砂③ 玻璃窑④ Na 2SiO 3、 CaSiO 3、SiO 2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥 ⑤ 石灰石、黏土⑥ 水泥回转窑 ⑦ 硅酸盐和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
1.制水泥、玻璃的共同原料是石灰石( √)2.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( ✕)3.汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土( √)4.传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐( √)1.下图是常见的硅酸盐产品。
请指明各图中展示的硅酸盐产品所属的类别。
它们都是混合物吗?答案图1、2属于陶瓷,图3属于水泥,图4属于玻璃。
它们都是混合物。
2.钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种玻璃。
高中化学无机非金属材料教案
高中化学无机非金属材料教案一、教学目标1. 让学生了解无机非金属材料的定义、特点和应用领域。
2. 使学生掌握无机非金属材料的主要制备方法。
3. 培养学生对无机非金属材料的兴趣和认识，提高其创新意识和实践能力。
二、教学内容1. 无机非金属材料的定义及特点2. 无机非金属材料的分类和应用3. 无机非金属材料的制备方法4. 常见无机非金属材料实例分析5. 无机非金属材料在现代科技中的应用三、教学重点与难点1. 重点：无机非金属材料的定义、特点、分类、应用和制备方法。
2. 难点：无机非金属材料的制备方法和应用领域的拓展。
四、教学方法1. 采用问题驱动法，引导学生主动探究无机非金属材料的相关知识。
2. 利用案例分析法，使学生了解无机非金属材料在实际生活中的应用。
3. 采用小组讨论法，培养学生团队合作意识和解决问题的能力。
4. 利用实验教学法，提高学生动手操作能力和实验技能。
五、教学准备1. 准备相关PPT、案例资料、实验器材和药品。
2. 设计好相关问题，准备课堂讨论和回答。
3. 安排好实验内容和实验指导。
【导入】（简要介绍无机非金属材料的概念，引发学生兴趣。
）【讲解】1. 无机非金属材料的定义及特点（讲解无机非金属材料的定义，通过对比有机非金属材料，突出其特点。
）2. 无机非金属材料的分类和应用（讲解无机非金属材料的分类，举例说明各种材料的应用领域。
）3. 无机非金属材料的制备方法（讲解无机非金属材料的制备方法，包括传统方法和现代制备技术。
）【案例分析】（分析具体无机非金属材料实例，如玻璃、陶瓷等，引导学生了解其在实际生活中的应用。
）【小组讨论】（提出相关问题，让学生分组讨论，培养团队合作意识和解决问题的能力。
）【实验教学】（安排实验内容，指导学生进行实验操作，培养动手能力和实验技能。
）【总结】（回顾本节课所学内容，强调重点知识，布置课后作业。
）六、教学进程1. 课前准备：教师提前准备相关资料，设计好教学问题和案例分析。
第五章 第三节 无机非金属材料 第二课时 教案--高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
无机非金属材料第二课时教案一、教学内容分析（一）课标分析本课内容在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对应必修课程模块二常见的无机物及其应用中主题“5—非金属及其化合物”的内容。
通过对课标进行分析，可得到如下三类具体教学内容。
【内容要求】2.5非金属化合物结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解费劲使及其化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.6物质性质及物质转化的价值了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
【教学提示】教学策略发挥核心概念对元素化合物学习的指导作用；重视开展高水平的实验探究活动；紧密联系生产和生活实际，创设丰富多彩的真实问题情境。
【学业要求】1、能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。
2、能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备分离提纯检验等简单任务的方案。
能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。
综上，对于“无机非金属材料”一课，需要基于课标建立实际情境，帮助学生学会掌握利用物质的相关性质进行分离提纯，建立在工业上从矿石中提取高纯物质的模型，培养学生的科学意识和社会责任感。
（二）教材分析本节课立足于义务教育阶段人教版必修二第一章第三节的第二课时部分，本节位于“”的最后一节，在本章前两节学生已经学习了硫、氮的结构、性质、转化和应用，非金属元素的学习马上进入尾声，同时，第一课时中介绍了传统硅酸盐材料的组成、性能和应用以及硅和二氧化硅的性质，本节课则主要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、能源领域的应用，并以二氧化硅的提纯、高纯硅的提纯的讨论探究为例，对硅及其化合物的性质进行归纳复习。
二、学情分析本节课的授课对象是普通高中的高一学生。
5.3无机非金属材料教学设计++2023-2024学年高一下学期化学人教版(2019)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教学目标：1.能了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在建设中发挥的重要作用。
2.能了解品体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用。
素养目标：1.证据推理与模型认知：能基于硅原子结构及在周期中位置的证据推理出硅是优良半导体。
2.科学态度与社会责任：结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感。
教学重难点：教学重点：陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途教学难点：硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途教学过程：任务1：一、传统硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。
硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5－8所示。
每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体4个项角；许多这样的四面体还可以通过项角的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。
问题1.什么是陶瓷，它有什么用途陶瓷是以_____（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。
用途：用于生产___ _____、________、________、_________等问题2.什么是玻璃，它有什么用途普通玻璃主要成分是_______、_______、和_____，它是以_____、______、_______（主要成分是___ __）为原料，经混合、粉碎，在中_______熔融，发生复杂的__________变化而制得的。
2023-2024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(一)教学设计
情境问题导入硅谷（Si licon Valley)，位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷(Santa Clara Valley）的别称，是电子工业和计算机业的王国。
硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。
硅为什么可以用作半导体材料，有哪些性质呢？教学过程设计（用什么具体方式来学,学什么内容,学到什么程度；充分发挥学习目标在教学活动中的指向、评估和激励作用。
）【情境导入】任务一：【问题1】地壳中主要元素的含量分别是什么？【问题2】硅酸盐的结构特点是什么？如何表示？任务二：【过渡】材料是人类制造物品、器件、构件、机器或其它产品的物质。
20世纪70年代，人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
20世纪80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志，材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。
【问题1】阅读教材P19页内容，回答无机非金属材料的性能、用途和组成分别是什么？【过渡】我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。
目前，陶瓷仍然在人类的生产和生活中扮演着重要的角色，得到了广泛应用。
传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，生活中随处可见。
【问题2】常见的硅酸盐材料主要成分、生产原料分别是什么？材料陶瓷玻璃水泥主要成分成分复杂硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）一、硅酸盐材料1、硅酸盐的组成及结构：陶瓷、玻璃、水泥，存在硅氧四面体结构。
2、陶瓷：原料—粘土；应用—建筑材料、绝缘材料、卫生器具等。
3、玻璃：原料—纯碱、石灰石、石英砂，主要成分—Na2SiO3、CaSiO3和SiO2等，应用—建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料。
高中化学无机非金属材料教案
高中化学无机非金属材料教案一、教学目标1. 让学生了解无机非金属材料的定义、特点和应用领域。
2. 使学生掌握无机非金属材料的主要制备方法。
3. 培养学生对无机非金属材料的兴趣和认识，提高其科学素养。
二、教学内容1. 无机非金属材料的定义和特点2. 无机非金属材料的主要应用领域3. 无机非金属材料的制备方法4. 常见无机非金属材料举例三、教学重点与难点1. 重点：无机非金属材料的定义、特点、应用领域和制备方法。
2. 难点：无机非金属材料的制备方法和应用领域的拓展。
四、教学方法1. 采用多媒体课件进行教学，生动展示无机非金属材料的相关概念和图片。
2. 采用案例分析法，介绍具体的无机非金属材料制备方法和应用实例。
3. 开展小组讨论，让学生分享对无机非金属材料的了解和认识。
4. 进行课堂提问，检查学生对教学内容的掌握程度。
五、教学过程1. 导入新课：通过展示无机非金属材料在日常生活中的应用实例，引导学生关注和学习本节课的内容。
2. 讲解无机非金属材料的定义、特点和应用领域：结合多媒体课件，系统讲解无机非金属材料的基本概念、特点和应用领域。
3. 介绍无机非金属材料的制备方法：以具体案例为例，讲解无机非金属材料的制备方法，如玻璃、水泥、陶瓷等。
4. 分析无机非金属材料的制备原理：深入解析无机非金属材料制备过程中的化学反应原理。
5. 课堂互动：开展小组讨论，让学生分享对无机非金属材料的了解和认识。
6. 课堂提问：检查学生对教学内容的掌握程度，解答学生的疑问。
7. 总结与展望：对本节课的内容进行总结，并展望无机非金属材料在未来的发展趋势和应用前景。
六、教学评估1. 课堂表现评估：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答情况以及小组讨论的表现。
2. 课后作业评估：检查学生对课后作业的完成情况，评估其对教学内容的理解和掌握程度。
3. 心得体会评估：阅读学生的课后心得体会，了解其对无机非金属材料的认知和感悟。
七、教学反思1. 反思教学内容：根据学生的学习情况和反馈，调整和完善教学内容，使之更符合学生的需求。
人教版高一化学必修第二册《无机非金属材料》说课稿
人教版高一化学必修第二册《无机非金属材料》说课稿一、教材解读本章节为人教版高一化学必修第二册中的《无机非金属材料》单元。
这一单元主要围绕无机非金属材料的基本特性、制备方法和应用进行讲解。
通过学习本单元，学生将了解不同类型的无机非金属材料，了解其组成、结构以及性质，并掌握相关的实验操作技巧。
二、教学目标1.知识与能力目标：–了解无机非金属材料的基本概念、特性和制备方法；–理解无机非金属材料的组成、结构以及与金属材料的区别；–掌握无机非金属材料在生活中和工业生产中的应用。
2.过程与方法目标：–引导学生通过实践探究的方式对无机非金属材料进行观察和实验操作；–培养学生的分析和解决问题的能力；–激发学生的兴趣，培养学生对化学实验的探索精神。
3.情感态度与价值观目标：–培养学生对环境保护和可持续发展的意识；–培养学生的创新思维和实践能力；–培养学生的团队合作意识和交流能力。
三、教学重难点1. 教学重点：•理解无机非金属材料的基本特性和制备方法；•掌握无机非金属材料在生活和工业中的应用。
2. 教学难点：•理解无机非金属材料的结构与性质的关系；•掌握实验操作技巧及安全措施。
四、教学准备•教材《人教版高一化学必修第二册》；•教学多媒体设备；•相关实验器材和试剂。
五、教学步骤与内容第一步：导入（5分钟）通过提问的方式激发学生对本单元内容的兴趣，引导学生回顾有关无机非金属材料的基本知识，例如：什么是无机非金属材料？无机非金属材料有哪些特点？第二步：知识讲解与学习（20分钟）1.通过多媒体展示相关图片和案例，让学生对无机非金属材料的应用有直观的认识；2.介绍无机非金属材料的分类和特性，比较金属材料和无机非金属材料的区别；3.讲解无机非金属材料的制备方法，包括人工方法和自然方法；4.强调无机非金属材料在生活和工业中的广泛应用，如玻璃、陶瓷、水泥等。
第三步：实验操作演示（15分钟）通过演示实验，引导学生观察和探究无机非金属材料的性质和实验操作技巧。
5.3无机非金属材料精品实用课件下学期高一化学人教版必修第二册
一、 硅酸盐材料 ----传统无机非金属材料
陶瓷
玻璃
水泥
【学生活动 三 】
阅读教材20页 1 陶瓷 ，结合日常接触的陶瓷器皿思考并
回答下列问题：
志器不大真 者则声心必不闳热，，志心高不者热意则必功远不。贤。 无一钱个之 人人如脚果杆胸硬无，大有志钱，之既人使骨再头有酥壮。丽的举动也称不上是伟人。
丈夫志气薄，儿女安得知?
天才是由于对事业的金热爱属感而材发展料起来的的奇，简特直可性以说能天才及。 其在高科技领域所发挥的重要作用。
得意时应善待他人，因为你失意时会需要他们。 寄言燕雀莫相唣，自有云霄万里高。 强行者有志。 壮志与毅力是事业的双翼。 寄言燕雀莫相唣，自有云霄万里高。
核心素养 无钱之人脚杆硬，有钱之人骨头酥。
含量
存在 存在形态
地壳中 居第_二__位
__氧__化__物___ _和__硅__酸__盐___
第三周期、 第ⅣA族
自然界的硅：不存在单质硅
二、 新型无机非金属材料 (2) 硅的应用 导电性介于导体和绝缘体之间 半导体材料、 计算机芯片、硅太阳能电池等
硅晶片用于生产芯片 (3) 硅的工业制取
高温 SiO2+2C === Si+2CO↑
氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷
结 构 陶 瓷
二氧化锆
【学生活动 七 】 阅读教材23、24页 新型无机非金属材料 3 碳纳米材料思考 并回答下列问题：
1.碳纳米材料主要包括哪些物质？主要用途？ 2.碳纳米管的性能？主要用途？ 3.石墨烯的性能？主要用途？
二、 新型无机非金属材料
3.碳纳米材料
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料， 主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领 域有着广阔的应用前景。
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弹性变形
(t)
0
MR
0
0
MR
电磁波
光子
晶格原子热振 动波
声子
热容
热容：物体温度升高1K所需要增加的热量。 Q
CT ( T )T （J/K）
固体的热容是原子振动在宏观性质上的一个最直接的表现
热容
恒压热容：加热条件在恒压下进行
Cp( Q T)pm 1( H T)pm 1
恒容热容：加热条件在恒容下进行
Cv( Q T)vm 1( U T)vm 1
热容
实际材料中：
Cv
高温时： CV为常量3R(杜 隆—珀替定律)。
低温时：CV 的实验值并 不是一个恒量. 与T3成比例，
渐趋于零。
0
常数
C T3
T/K
热容
你知道生活中材料热容的应用吗？
铝挤塞铜制作工艺，将铜材导热速度快和铝材 单位质量热容更高的优点结合。
热膨胀
热膨胀： 物体体积或长度随温度升高而增大的现象
xx
E
yy
弹性变形
• 小变形近似，简谐近似； • 原子间共振频率与原子折合质量以及弹
性常数间的关系为
1 ks 2 m
弹性变形
• 理想弹性：在振动条件下，应力和应变之 间的关系完全遵从胡克定律，应力与应变 随时保持同相位。
• 滞弹性：是指在弹性范围内出现的非弹性 现象。应变不仅与应力有关，而且与时间 有关。
为什么从知道钠蒸气放电 到高压钠灯的使用经过了二
十几个年头呢?
钠蒸气放电会产生超过1000℃的高温；钠蒸气有 强烈的腐蚀作用，所以普通玻璃灯管承受不了钠蒸气 放电产生的高温，此时普通玻璃要软化。但氧化铝材 料陶瓷能承受高温，又耐腐蚀，透明氧化铝陶瓷的熔 点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气腐 蚀，因此用氧化铝陶瓷。
固体材料中热量是由自由电子、质点振动、热辐射所传递的
热传导机制相应的分为三种
(一) 电子热导 (二) 声子热导 (三) 光子热导
热传导
• 无机非金属材料，自由电子很少。主要通过 质点振动形成格波，格波在材料中传播，来 导热。
热传导
声子：质点热振动能量是量子化的，
En
(n
1)hv 2
声频波的间隔能级hv, hv是这种量子化弹性波的最
热学性能
材料的热学性能主要包括材料的热容、热膨胀、 热传导、热电势和热稳定性等。
同学们知道一些应用 热学性能的实例吗？
热学性能
被子
声子
什么是声子？
声子
非金属材料 自由电子很少 离子晶体（离子构成） 共价晶体（原子构成） 这些质点可以在平衡位置 上振动，形成格波，格波 可以在整个材料中传播。
声子
热膨胀
r0是能量的最低处， T↑,质点振动幅度↑ 质点振动能量↑ 质点离开平衡位置r0 出现两个偏离间距， 最终离开平衡位置的平均 距离增加。 因此： T↑， 质点距离↑ 体积↑
热膨胀
如何省力地开 启玻璃罐头？
热传导
砂锅
热传导
△t时间内通过△S截面上的热量为△Q
傅里叶定律： q Q dT
St
dx
λ——导热系数
热流q的物理意义：指单位温度梯度下，单位时间内通过 单位垂直面积的热量，单位为J/(m2·S·k)或W/(m·K)。
当存在温度差是，高温端，质点动能增加，和邻 近温度低的质点碰撞程度增加，热量开始传递给 温度低的质点，依次结果，热量就从高温端传到 低温端。
高温
dT dx
低温
气体材料导热——分子间直接碰撞（导热性差）， 金属材料导热——主要是自由电子间碰撞， 无机非金属材料导热——晶格振动（格波）， 热辐射——光子（电磁波）
无机非金属材料的性能
2.新型无机非金属材料的特性
（1）耐高温、强度高。
氧化铝陶瓷（人造刚玉） ①高熔点；②高硬度；③可制成透明 主要特性 陶瓷；④无毒、不溶于水，强度高；
⑤对人体有较好的适应性 高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠 主要用途 灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心 瓣膜、人造关节等
高压钠灯是发光效率很高的一种电光源源自光色金白，在它的灯光 下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时～2万小时，比高压汞灯 寿命长2倍，高过白炽灯的寿命10倍，是目前寿命最长的灯。早在30 年代初，人们就已经知道利用钠蒸气放电可获得一种高效率的光源， 但一直到1960年，高压钠灯才呱呱坠地，后经不断发展改进，才得以 实际应用。
第二节 力学性能
孩子吃饭用瓷碗吗？ 不用！ 用不锈钢碗或塑料碗！ 瓷本身易碎！
硬度大、耐磨损
透明、耐高压 氧化铝陶瓷制品
高 压 钠 灯
熔点高
氧化铝陶瓷 球磨罐
星式氧化铝陶瓷球磨机
材料的力学性能
弹性变形
• 胡克定律：材料应力-应变关系，在弹
性限度内，成正比关系，其比例系数E
就是弹性模量。
xx Exx
弹性变形
蠕变：固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓 慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子由不平 衡到平衡的过程。当外力除去后，蠕变变形不能立即 消失。
例如：沥青、水泥混凝土、玻璃和各种金属等在持续 外力作用下，除初始弹性变形外，都会出现不同程度 的随时间延续而发展的缓慢变形（蠕变）。
弹性变形
小单位，称为量子或声子。
声子能量: hv值大小 声子数：忽略零点能1/2hv，
n En hv
高温
T高: 较多的振动模式 较大的振动振幅 较多的声子被激发 较多的声子数
声子浓度梯度（扩散）
低温
T1低: 较少的振动模式 较小的振动振幅 较少的声子被激发 较少的声子数
温度平衡时：同样多的振动模式 同样多的振动振幅 同样多的声子数
热传导
从晶格格波的声子理论可知： 热传导过程是声子从高浓度区域到低浓度区的扩散
过程。如果声子不发生碰撞，声子的扩散速度就是 热量的传播速度。 但事实上，声子在扩散过程中肯定要发生碰撞。从而
产生热阻。
热阻： 声子扩散过程中的各种散射。
热传导
多孔耐火砖：热膨胀系数小； 热导率低。
第二章 无机非金属材料的 性能
l
l l0T
αl——线膨胀系数
材料：l 1 05~1 06/K
热膨胀
aV
V V0 T
αV——体膨胀系数
各向异性的材料：各晶轴方向的线膨胀系数不同，
假如分别为αa 、αb 、αc， 则有
Vabc
各项同性的材料：V 3l
热膨胀
热膨胀
原子势能—原子间距关系
由于原子间作用力是非简谐的， 使得原子势能呈非对称。