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学科：化学教学内容：无机非金属材料【课前复习】温故1材料应该包括_所需要并能用于制造_的物质这两层涵义。材料的常见种类有_、金属材料和高分子材料等。知新2生产水泥的主要原料是_、_，还要加入辅料_，以调节水泥的硬化速率。水泥的主要成分是_、_、_（填化学式）。3生产玻璃的主要原料是_、_和_；生产过程中，发生的化学反应主要是_、_；普通玻璃的主要成分是_、_和_。4新型无机材料的4大特性是_、_、_、_。5坩埚、高温炉管是用_材料制成的；陶瓷柴油机是用_陶瓷材料制成的；制造光缆的材料是_。【学习目标】1了解硅酸盐材料的涵义。2知道生产普通水泥的主要原料，这是本节课的重点。了解水泥的特性水硬性。3了解普通水泥的主要成分。4了解生产普通玻璃的主要原料，掌握生产普通玻璃的反应原理。这是本节课的重点和难点。5了解普通玻璃的主要成分。知道常见特殊玻璃与普通玻璃的主要差别。6了解我国陶瓷工业的发展史。了解生产陶瓷的主要原料和常见陶瓷的种类。7了解新型无机非金属材料的特点及其与传统无机非金属材料的关系。8了解常见高温结构陶瓷的特点和重要用途。9了解光导纤维的功能和主要用途。【基础知识精讲】一、材料人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质称为材料。（1）材料与生活的关系：材料是人类生活必不可少的物质基础。（2）人类制造的第一种材料：陶（3）材料的常见种类二、无机非金属材料（1）无机非金属材料是一类非常重要的材料。（2）无机非金属材料的种类三、硅酸盐材料硅酸盐材料是以含硅物质为原料经加热制成的材料。理解硅酸盐材料的概念需注意以下几点：（1）生产硅酸盐材料的原料是含硅物质，得到的产品是硅酸盐。如玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦的生产都属硅酸盐工业。（2）以含硅物质为原料生产的纯硅，以硅为原料生产电子元件的都不是硅酸盐材料。（3）硅酸盐材料生产过程中发生的变化都是化学变化。四、水泥（1）水泥的特性水硬性：水泥跟水掺和、搅拌、静置后变硬的特性。水泥的水硬性是化学性质，发生的变化属于化学变化。水泥是纳米级材料。（2）生产普通水泥的原料主要原料：粘土和石灰石。辅料：石膏调节水泥硬化速率。（3）普通水泥的主要成分：硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）和铝酸三钙（3CaOAl2O3）等。（4）水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物。（5）混凝土和钢筋混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。混凝土常用钢筋做结构，这就是我们常说的钢筋混凝土结构。五、玻璃（1）生产普通玻璃的主要原料：纯碱、石灰石和石英。（2）生产普通玻璃的主要反应原理：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2（3）普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。（4）普通玻璃呈淡绿色的原因：混有二价铁的缘故。（5）有色玻璃蓝色玻璃：普通玻璃中加入了Co2O3。红色玻璃：普通玻璃中加入了Cu2O（6）变色玻璃：普通玻璃中加入了AgI、AgBr等。（7）光学玻璃：普通玻璃中加入了PbO2。（8）钢化玻璃：经普通玻璃熔化后快速冷却制成。钢化玻璃与普通玻璃成分相同。玻璃钢与普通玻璃成分不同。（9）石英玻璃：石英熔化制成。六、陶瓷（1）陶瓷在我国的悠久历史。新石器时代，已能制造陶器。唐宋时期，陶瓷水平闻名于世。（2）陶瓷的常见种类七、水泥、玻璃、陶瓷的比较八、新型无机非金属材料新型无机非金属材料是人们根据生活的需要，利用先进的科学技术，由无机物研制出的一些具有特殊结构、特殊功能的新材料。理解这一概念须注意以下几点：（1）新型无机非金属材料是一种无机物；（2）新型无机非金属材料是高科技产品；（3）新型无机非金属材料具有特殊结构、特殊功能。九、新型无机非金属材料的特性与硅酸盐材料相比，新型无机非金属材料有4大特性：（1）耐高温、强度高。（2）具有电学特性。（3）具有光学特性。（4）具有生物功能。十、高温结构陶瓷十一、光导纤维（1）通信优点传导光的能力非常强抗干扰性能好防窃听、通信质量高质量轻、耐腐蚀、易铺设（2）主要成分：SiO2（3）应用广泛通信医疗信息处理传能传像遥测遥控照明【学习方法指导】例1制取水泥和玻璃时都需要的原料是（）A石灰石B石英C水D纯碱解析：本题主要考查水泥、玻璃的生产原料的异同；生产水泥的原料：石灰石、粘土；生产玻璃的原料：纯碱、石灰石、石英，由此不难得出A选项是正确答案。答案：A例2下列物质有固定熔点的是（）A钢化玻璃B过磷酸钙C消石灰D水玻璃解析：钢化玻璃、过磷酸钙（磷酸二氢钙和硫酸钙的混合物）、水玻璃（Na2SiO3的水溶液）都是混合物，混合物都没有固定的熔点，而是在一定温度范围内熔化。消石灰即Ca（OH）2，又叫熟石灰，是纯净物。答案：C例3石灰石是许多工业的原料，但制取下列物质可以不需用石灰石的是（）A制漂白粉B制水泥C制玻璃D制烧碱解析：漂白粉是由Cl2通入石灰乳中制得的，而石灰乳是由石灰石制得的：水泥是石灰石和粘土混合烧制而成的。玻璃是石灰石、纯碱和石英按一定比例混合烧制而成的。烧碱可由电解饱和NaCl（aq）而制得：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2也可由熟石灰与纯碱溶液混合而制得：Ca（OH）2Na2CO3CaCO32NaOH答案：D例4下列材料的特性及用途说法不正确的是（）A氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料D人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机解析：B、C、D三选项都是正确的。Al2O3是两性氧化物，既能与酸也能与碱发生反应，而牙齿是经常接触酸性物质的，因此不可用Al2O3陶瓷来制造人造牙齿。答案：A例5一根细如发丝的光缆可以同时传导上千部电话，是铜的100倍（约）。“光缆无铜，盗割有罪”。试问：光缆主要是以_为原料制成的，通话过程中线路中传导的是_信号（填“光”或“电”），传播方式是_。光纤中光信号的传导图72解析：制造光缆的主要成分是SiO2。通讯设施中，金属线传送的是电信号，光缆传送的是光信号，光在光缆内全反射传导，信号损失率低，因而传导性能优良。答案：SiO2光全反射例6氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得。（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是_。（填序号）A制汽轮机叶片B制有色玻璃C制永久性模具D制造柴油机（2）写出N的原子结构示意图：_，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式_。（3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：_。（4）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_。解析：（1）氮化硅陶瓷硬度大、耐磨损、抗腐蚀、抗冷热冲击，所以可用来制造汽轮机叶片、永久性模具以及柴油机等。（2）氮化硅中，氮非金属性强，应显3价，硅还原性强，且4价稳定，故应显4价。由此可得氮化硅化学式：Si3N4。（3）Si3N4与HF（aq）应发生复分解反应生成SiF4和NH3。（4）氮是不能从SiCl4中置换出氯的，但氢能从SiCl4中置换出硅，生成的硅可与氮结合为氮化硅。例7用高岭土（主要成分是Al2O32SiO22H2O，并含有少量的CaO、Fe2O3）研制新型净水剂（铝的化合物），其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融。冷却后，用水浸取熔块，过滤，弃去残渣。滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液。溶液即为净水剂。（1）写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式（Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似）：_，_。（2）最后沉淀物是_，生成该沉淀的离子方程式是_。（3）实验中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在熔融土样时，应选用_坩埚。解析：（1）SiO2是硅酸、原硅酸的酸酐；Al2O3是铝酸、偏铝酸的酸酐。由于稳定性：H2SiO3H4SiO4，HAlO2H3AlO3，所以得到SiO2、Al2O3与Na2CO3发生的类似反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2Na2CO3Al2O32NaAlO2CO2（2）高温下，少量的CaO、Fe2O3也能与SiO2发生反应酸性氧化物与碱性氧化物的反应：CaOSiO2CaSiO3Fe2O33SiO2Fe2（SiO3）3用水浸取熔块，Na2SiO3、NaAlO2溶解进入滤液，CaSiO3、Fe2（SiO3）3不溶解，形成滤渣。滤液用盐酸酸化，发生如下反应：AlO4HAl32H2OH2OSiO2HH4SiO4过滤可分离出H4SiO4沉淀。（3）由于高温下，SiO2（瓷坩埚主要成分）、Al2O3都能与Na2CO3反应，所以只能选用铁坩埚。答案：（1）Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2Na2CO3Al2O32NaAlO2CO2（2）H4SiO4（或H2SiO3）H2OSiO2HH4SiO4（或SiO2HH2SiO3）（3）铁例8（1）钾玻璃中含有18.4%的K2O，11.0%的CaO和70.6%的SiO2，试计算这三种氧化物的物质的量之比。（2）若需制造5.10 t钾玻璃，需用K2CO3、CaCO3和SiO2各多少t？（3）写出制钾玻璃的化学方程式及钾玻璃的主要成分。解析：（1）n（K2O）n（CaO）n（SiO2）0.1960.1961.18116可见该钾玻璃的化学式为K2OCaO6SiO2或K2SiO3CaSiO34SiO2，其摩尔质量M510 gmol1。（2）5.10 t钾玻璃物质的量为n10.0 kmol则m（K2CO3）138 kgkmol110.0 kmol1.38 t （钾元素守恒）m（CaCO3）100 kgkmol110.0 kmol1.00 t （钙元素守恒）m（SiO2）5.10 t1.38 t1.00 t3.60 t（3）与钠玻璃的制法相似，制钾玻璃需要碳酸钾、石灰石和石英为原料，高温融制。与钠玻璃的成分类似，钾玻璃的主要成分是CaSiO3、K2SiO3和SiO2。答案：（1）116（2）1.38 t1.00 t3.60 t（3）K2CO3SiO2K2SiO3CO2，CaCO3SiO2CaSiO3CO2，钾玻璃的主要成分CaSiO3、K2SiO3和SiO2。【同步达纲训练】1过量的泥沙、纯碱和生石灰熔合后生成（）水泥玻璃瓷器混凝土一种硅酸盐产品A和B和CD2工业上制造普通的光学玻璃用到的原料是（）A石灰石、纯碱、粘土、硼砂B氧化铅、纯碱、石灰石、石英C纯碱、粘土、石英、氯化铜D硼砂、烧碱、氧化铜、石英砂3下列属于新型无机非金属材料的是（）A高强度水泥B钢化玻璃C人造刚玉D光导纤维4我国及美国、日本等国家都已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料来制造，这种材料是（）A氧化铝陶瓷B氮化硅陶瓷C光导纤维D玻璃钢5某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为n ZnOSiO2，则n值等于（）A0.5B1C2D36下列说法正确的是（）A二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物B二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸7下列物质不属于无机非金属材料的是（）A水泥和玻璃B金属和陶瓷C塑料和化纤D碳管和光纤8下列性能中，体现在高温结构陶瓷和一般金属材料方面差别较大的有（）耐高温程度耐氧化能力耐酸碱硬度ABCD9目前被广泛用于信息传输方面的最好材料为（）A铜B铝C银D光导纤维10人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料，它类似人骨和天然牙的性质和结构。人造骨可以依靠从人体液中补充某些离子形成新骨。可在骨骼接合界面产生分解、吸收、析出等反应，实现与骨骼的牢固结合。人造骨植入人体内形成新骨所吸收的人体中的离子是（）ACa2BNaCKDPO、Cl11钢化玻璃的重要用途是制造汽车车窗，合成钢化玻璃的主要原料是_。12普通玻璃常呈淡绿色，是由于原料中混有_（写化学式）的缘故。13高纯硅、金刚石、硅胶、水玻璃、石英五种物质中，能用来制造钻探机钻头的是_，能用做粘合剂、防腐剂的是_，能用来制做半导体材料的是_，能用来做干燥剂的是_，能用来制造普通玻璃的是_。14将具有_和_的新材料称为新型无机非金属材料。新型无机非金属具有的特性是_。光导纤维是一种高质量能导电的玻璃纤维，它应用于_，信息处理、传能传像、遥测遥控照明灯光等方面。15纯硅在_工业上有广泛的用途，可以制晶体管和光电器件。硅还可以用来制造合金，如含4%硅的硅钢有_，可用来制造变压器的_；含硅15%左右的钢可作耐_的容器。16下图中B是一种单质，其余物质是含B的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，B和D的晶体都是原子晶体。（其他不含B元素的生成物及各步反应的添加试剂和反应条件均略去）。请填写下列空白：（1）A的化学式_，B的化学式_。（2）A和B互变在工业上的意义_。（3）DC反应的化学方程式是_。17氧化铝有三种晶体，Al2O3，Al2O3，另一种是Al2O3。Al2O3可将Al（OH）3加热至273 K时制得，它不耐酸；Al2O3是天然刚玉的主要成分，硬度很高，且对酸有极强稳定性。Al2O3可以用Al2O3高温、煅烧制得。已知氧化铝可由铝铵明矾加热制得，铝铵明矾NH4Al（SO4）212H2O受强热发生分解反应，分解方式有多种，如：6NH4Al（SO4）212H2O3Al2O36SO36SO22NH32N221H2O6NH4Al（SO4）212H2O3Al2O39SO33SO24NH3N218H2O等等。（1）铝铵明矾受热分解反应中，氧化产物是_，还原产物是_，它们的物质的量之比为_。（2）把上述反应中的Al2O3加入适量氧化铬在氢氧焰上强热熔融后，使其结晶可以制成人造红宝石，可用于作激光器材和装饰品。所得人造红宝石是哪种Al2O3晶体？怎样用简便方法说明它确定是该种Al2O3的晶体？18由SiO2和CaCO3组成的混合物26.0 g经灼烧至质量恒定时，其质量减少8.80 g，试解答：（1）写出可能发生反应的化学方程式；（2）求产生的气体在标准状况下的体积；（3）求原混合物中SiO2的质量。参考答案【课前复习】1为人类社会有用器物无机非金属材料【同步达纲训练】1解析：泥沙的主要成分是SiO2，它与纯碱、生石灰熔合发生如下反应：CaOSiO2 CaSiO3Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2由于SiO2过量，所以得到的熔体中含有SiO2、Na2SiO3和CaSiO3，即生成了玻璃，一种硅酸盐产品。答案：B2解析：制造普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英，制造光学玻璃须加入一定量的氧化铅。本题从制造普通玻璃的原料出发即能得到答案。答案：B3解析：水泥和玻璃都是传统无机非金属材料。人造刚玉即氧化铝陶瓷和光导纤维都是新型无机非金属材料。答案：CD4解析：氮化硅陶瓷硬度大，抗冷热冲击力强，此陶瓷柴油机是由氮化硅陶瓷制作的。此题，由题干中“陶瓷柴油机”中“陶瓷”二字可迅速排除C、D选项。答案：B5解析：由题意得： n2答案：C6提示：高温下，SiO2与Na2CO3反应放出CO2。反应方程式为：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2由于CO2气体逸出的缘故，反应向右能进行到底，不能说明酸性H2SiO3H2CO3。H2CO3的酸性大于H2SiO3是不争的事实。答案：B7解析：把握题干中“无机”二字可得答案。答案：C8解析：高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，具有耐高温、耐氧化、耐酸碱、硬度大、耐磨损等优点。答案：D9解析：目前，信息传输方面最好的材料是光纤。答案：D10解析：由题意和生物学知识可知人造骨吸收Ca2、PO、Cl等离子后能形成新骨。答案：AD11解析：钢化玻璃是普通玻璃受热熔化后急速冷却的产物，钢化玻璃与普通玻璃成分相同，但性能差别很大。答案：石灰石、纯碱、石英12解析：普通玻璃因含Fe2而呈淡绿色。答案：Fe213解析：金刚石硬度大，可用来制造钻头。水玻璃可将粗糙的硅酸盐产品粘连在一起，是建筑业上常用的粘合剂。高纯硅主要是用来制造半导体材料的。硅胶有较强的吸水性，可用做干燥剂。石英是制造普通玻璃，也是制造石英玻璃的主要原料。答案：金刚石水玻璃高纯硅硅胶石英14解析：新型无机非金属材料的特点是：结构特殊、功能特殊；特性有：高温特性、电学特性、光学特性和生物功能等。光纤在医疗上也有广泛的应用，利用它可传递高质量的信息。答案：特殊结构特殊功能高温特性、电学特性、光学特性和生物功能医疗15解析：硅的最大用途在电子工业上面。含Si 4%的钢有磁性，用于制造变压器铁芯；含Si 15%的钢耐酸性强，用于制造耐酸容器。答案：电子磁性铁芯酸16解