高一化学第二节 硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料人教版知识精讲

用心 爱心 专心 高一化学高一化学第二节第二节 硅酸盐工业简介 新型无机非金属材料硅酸盐工业简介 新型无机非金属材料人教版人教版 同步教育信息同步教育信息 一 本周教学内容 第二节 硅酸盐工业简介 新型无机非金属材料 二 知识目标 初步了解 硅酸盐工业 初步了解制水泥的主要原料和生产过程 水泥的主要成分 和性质 了解制玻璃的主要原料和主要反应 三 能力目标 通过对水泥工业的教学 培养学生的自学能力和表达能力 四 德育目标 使学生逐渐形成正确的科学社会观 即使学生认识到 科学技术是第一生产力 关 心环境 资源再生等与现代社会有关的化学问题 具有社会责任感 通过对玻璃 陶瓷工业现状及前景的介绍 激发学生学习兴趣 五 重点难点 普通玻璃的化学反应原理作为知识目标中的重点 但更重要的是培养学生的能力及科学 情感和科学思想 六 知识分析 一 硅酸盐工业简介 1 水泥 普通水泥的主要成分是硅酸三钙 3CaO Si02 硅酸二钙 2CaO Si02 和铝酸三钙 3CaO A1203 等 2 玻璃 玻璃有普通玻璃 石英玻璃 光学玻璃等等 玻璃没有固定的熔 沸点 3 比较水泥和玻璃的生产方法 见下表 硅酸盐产品 硅酸盐产品水泥玻璃 主要设备水泥回转窑玻璃窑 原料石灰石和粘土纯碱 石灰石 石英 过量 反应原理复杂的物理 化学变化 232232 COSiONaSiOCONa 高温 2323 COCaSiOSiOCaCO 高温 主要成份 3CaO SiO2 2 CaO SiO2 3CaO Al2O 3 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 反应条件高温高温 4 陶瓷 1 制造陶瓷的主要原料 粘土 2 制造陶瓷的一般过程 混合 成型 干燥 烧结 冷却 陶器 3 陶瓷的种类 根据原料 烧制温度划分 土器 陶器 瓷器 炻器等 硅酸盐的 组成可以用氧化物形式来表示例 高岭石 A12 Si205 OH 4可表示为 A1203 2Si02 2H20 二 新型无机非金属材料 用心 爱心 专心 1 无机非金属材料的分类 1 传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷等硅酸盐材料 2 新型无机非金属材料 半导体材料 超硬耐高温材料 发光材料等 2 新型无机非金属材料的特性 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 3 高温结构陶瓷 1 高温结构陶瓷的优点 能经受高温 不怕氧化 耐酸碱腐蚀 硬度大 耐磨损 密度小等 2 高温结构陶瓷的种类 氧化铝陶瓷 又称人造刚玉 具有熔点很高 硬度高的优点 可用于作坩埚 高温 炉管 球磨机 高压钠灯的灯管等 氮化硅陶瓷 具有硬度极高 耐磨损 抗腐蚀和抗氧化能力等优点 可用于制造轴 承 汽轮机叶片 机械密封环 永久性模具 发动机部件等 碳化硼陶瓷 具有熔点高 硬度大的优点 广泛应用于工农业生产 原子能工业 宇航工业等 4 光导纤维 光纤 1 光导纤维的特点 传导光的能力非常强 抗干扰性能好 不发生电辐射等 2 光导纤维的应用 通讯 医疗 信息处理 传能传像 遥测遥控 照明等 典型例题典型例题 例 1 熔融烧碱应选用的器皿是 A 石英玻璃坩埚B 普通玻璃坩埚 C 生铁坩埚 D 陶瓷坩埚 精析 精析 除生铁坩埚以外的其他三种坩埚中均含有 2 SiO 高温下 烧碱能与 2 SiO发生 如下反应OHSiONaNaOHSiO 2322 2 熔融 而使坩埚受到腐蚀 答案 答案 C 小结 小结 本题主要考查运用化学反应OHSiONaNaOHSiO 2322 2 来分析实践情 况的能力 实验中所用加热器皿的选择 既要考虑器皿材料的熔点 又要考虑材料与所盛 物质之间能否发生化学反应 例 2 有 A B C 三种不溶于水的固体 A 是某元素的一种单质 它在氧气中完全燃烧得 到一种无色气体 此气体能使澄清石灰水变浑浊 另外测得这种气体密度为同温 同压下 氧气密度的 1 375 倍 B 固体能溶于热氢氧化钠溶液 再往所得溶液中加入过量盐酸时 析出白色胶状沉淀 此沉淀干燥后 成为不溶于水的白色粉末 这是一种比碳酸酸性还弱 的酸 将 B 与石灰石 纯碱按比例混合加热得到 C C 在高温时软化 无固定熔点 根据以上事实 判断 A 为哪种元素的单质 B C 各是什么物质 写出有关反应的化 学方程式 精析 精析 A 物质燃烧后生成的气体的相对分子质量为 44375 1 32 该气体能使澄清石灰水变浑浊 所以该气体为二氧化碳 A 为碳元素的一种单质 22 COOC点燃 根据 B 物质能与氢氧化钠反应 且能继续与过量的盐酸反应生成一种比碳酸还弱的酸 可推出 B 物质为二氧化硅 用心 爱心 专心 OHSiONaNaOHSiO 2322 2 3232 22SiOHNaClHClSiONa C 物质由石灰石 纯碱和 B 物质 二氧化硅 混合加热而得 结合 C 物质在高温时软 化且无固定熔点 可推知 C 物质为普通玻璃 232232 COSiONaSiOCONa 高温 2323 COCaSiOSiOCaCO 高温 答案 答案 略 小结 小结 本题考查学生通过物质在化学变化中发生的现象和性质 推断物质的能力 先 求出 A 燃烧后生成的气体的相对分子质量 根据该气体的相对分子质量及其反应现象可推 出单质 A 再根据 B 的有关反应现象可推出 B 最后根据制取 C 的方法及 C 的性质可推出 C 例 3 钛 Ti 因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注 常温下钛不和非金属 强酸 反应 红热时 却可与常见非金属单质反应 钛是航空 军工 电力等方面的必需原料 地壳中含钛矿石之一称为金红石 2 TiO 目前大规模生产钛的方法是 第一步 金红石 炭粉混合 在高温条件下通入 2 Cl制得 4 TiCl和一种可燃性气体 该反应的化学方程式为 该反应的还原剂是 第二步 在氩气的气氛中 用过量的镁在加热条件下与 4 TiCl反应制得金属钛 写出此反应的化学方程式 如何由上述所得产物中获取金属钛 简述步骤 精析 精析 由反应物金红石 炭粉及 2 Cl和产物之一 4 TiCl 可知另一产物为碳的氧化物 又知该气体可燃 故为 CO 显然 Ti 的化合价不变 2 Cl中氯元素的化合价降低 化合 价升高的是碳元素 因而 C 是还原剂 利用上述思路可得镁与 4 TiCl反应的产物为Ti和 2 MgCl 因反应中镁是过量的 故在 反应后的混合物中提取钛须除去镁粉和 2 MgCl 加足量的盐酸充分反应后过滤 将滤渣用 蒸馏水洗涤可得钛 答案 答案 COTiClClCTiO222 422 高温 C 24 22MgClTiMgTiCl 加入足量的盐酸除去过量金属镁 过滤 并用蒸馏水洗净固体即得金属钛 小结 小结 本题考查学生利用题给信息结合所学知识解决实际问题的能力 从题干中筛选 出重要信息 1 钛在常温下不和非金属 强酸反应 故用盐酸溶解镁粉 2 过量的镁与 4 TiCl反应 故反应后镁有剩余 例 4 普通柴油机是由什么材料制造的 为什么普通柴油机都有一个水箱 有了水箱会产 生什么后果 要克服这些缺点 理想的材料可用氮化硅陶瓷 它具有哪些优良性能 精析 精析 通过该题对非金属无机材料特性分析 承受高温 高强度 电学特性 光学特 性 生物特性等 来理解现代科学技术的作用 此题是和人们生活密切相关的实物分析 既体现了联系实际又考查了学生分析综合能力 答案 答案 普通柴油机是由钢铁制成的 为了冷却降温 普通柴油机都有一个水箱 但水 箱的使用 会使热效率降低 理想的材料可采用氮化硅陶瓷 它是一种高温结构陶瓷 具 有耐高温 耐磨损 耐腐蚀 不易传热等优点 用它做的柴油机 不需用水冷却 热效率 高 目前只有我国等少数国家能够制造这种柴油机 用心 爱心 专心 例 5 请据下图 7 9 回答 经数小时后 U 形管 A B 两处的液面会出现下列哪种情况 实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动 瓶口密封 忽略水蒸气和温度变化对实 验结果的影响 A A 处上升 B 处下降B A B 两处都下降 C A 处下降 B 处上升D A B 两处都不变 精析 精析 此题是一道物理 化学 生物知识的综合应用问题 考查了呼吸作用 分子的 运动 2 CO的化学性质 压强差等问题 本题中小白鼠呼吸时消耗瓶中的 2 O产生 2 CO气体 由于分子运动 2 CO可被足量的 NaOH溶液吸收 发生化学反应OHCONaCONaOH 2322 2 从而造成容器内气 压降低 引起 U 形管中水面 A 处下降 B 处上升 解答本题的关键是弄清小白鼠呼吸作用出现后 引起的一系列物理 化学变化 其过 程为 呼吸 分子运动 碱 NaOH 的性质 压力的变化 大气压的作用 最终得 出正确的答案 答案 答案 C 例 6 2003 上海 超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域 其制取原 理为 COAlNCNOAl323 232 高温 由于反应不完全 氮化铝产品中往往含有炭 和氧化铝杂质 为测定该产品中有关成分的含量 进行了以下两个实验 1 称取 10 00g 样品 将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干 AlN跟 NaOH溶液反应生成 2 NaAlO 并放出氨气 3 36L 标准状况 上述反应的化学方程式为 该样品中的AlN的质量分数为 2 另取 10 00g 样品置于反应器 通入 2 016L 标准状况 2 O 在高温下充分反应 后测得气体的密度为 1 34 1 Lg 已折算成标准状况 AlN不跟 2 O反应 该样品中含 杂质炭 g 精析 精析 1 设 10g 样品中含AlN的质量为 x 则由 322 NHNaAlOOHNaOHAlN 41g 22 4L x 3 36L g L Lg x15 6 4 22 36 3 41 样品中AlN的质量分数为 5 61 100 10 15 6 g g 2 通入氧气的物质的量为 mol molL L On09 0 4 22 016 2 1 2 所得气体的平均 用心 爱心 专心 相对分子质量为 1111 3200 30 4 2234 1 molgmolgmolLLg 故所得气 体必为 CO 和 2 CO的混合物 设 CO 2 CO的物质的量分别为 x y 则根据氧原子守恒有 molyx209 0 2 又根据平均摩尔质量的概念有 1 1 30 123209 0 molg yx yxmolgmol 解 得 gmolymolx10 02 0 14 0 该样品中含杂质碳的质量为 gmolmolmolg92 1 02 0 14 0 12 1 答案 答案 1 322 NHNaAlOOHNaOHAlN 61 5 2 1 92 例 7 BGO 是我国研制的一种闪烁晶体材料 曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验 它是锗酸铋的简称 已知 BGO 中 锗处于其最高价态 在 BGO 中 铋的价态与 铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同 在此氯化物中铋具有最外层 8 电子稳定结 构 BGO 可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物 且在 BGO 晶体的 化学式中 这两种氧化物所含氧的总质量相同 请填空 1 锗和铋的元素符号分别是 和 2 BGO 晶体的化学式是 3 BGO 晶体中所含铋氧化物的化学式为 精析 精析 本题把当代最新科技发展与基础化学知识巧妙地结合在一起 考查了学生在化 学式求算方面的基础知识和信息接受能力 由条件 可知 Ge 为4 价 因其位于 A 族 其氧化物为 2 GeO 联想 C Si 由条件 可知 Bi 位于 A 族 最外层有 5 个电子 要达到最外层 8 电子稳定结构 每个 Bi 需和 3 个Cl形成 3 个共价键 即 3 BiCl 所以在 BGO 中 Bi 为3 价 氧化物为 32O Bi 由条件 可知 BGO 中 232 nGeOOmBi 因二种氧化物所含氧的总质量相同 所以 3 2 nm 即 232 32GeOOBi 此题属信息给予题 既涉及了我国科学家的科技成果 又涉及到诺贝尔奖获得者的工 作领域 此题的起点虽然很高 但落点却较低 所给的信息都是可接受的 只要学生掌握 好物质结构和元素周期律等知识 充分利用联想 迁移 分析 重组 就可解决题中问题 答案 答案 1 Ge Bi 2 232 32GeOOBi 3 32O Bi 错解分析 错解分析 把铋具有最外层 8 个电子稳定结构的氯化物确定为 5 BiCl 从而确定 BGO 的化学式为 522 25OBiGeO 事实上 5 BiCl中的 Bi 不可能满足 8 电子稳定结构 共价 化合物中原子满足 8 电子稳定结构的条件是 该原子的最外层电子数 共价键数 8 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 过量的泥砂 纯碱和生石灰熔化后生成下列产品中的 水泥 玻璃 瓷器 混凝土 一种硅酸盐产品 A 和 B 和 C D 2 钢化玻璃的用途之一是制造汽车车窗 合成钢化玻璃的主要原料是 A 石灰石 纯碱 黏土 硼砂 用心 爱心 专心 B 纯碱 石灰石 石英 C 碳酸钾 石灰石 石英 D 水玻璃 石灰石 石英 氧化铅 3 在水泥中 加入石膏的目的是 A 加强水泥的机械强度B 调节水泥的硬化速度 C 增加水泥洁白程度D 降低水泥的成本 4 水泥和玻璃工业的共同原料是下列物质中的 A 黏土B 石灰石C 石英砂D 纯碱 5 下列关于玻璃的叙述正确的是 A 制普通玻璃的原料主要是纯碱 石灰石和石英 B 普通玻璃的成分主要是硅酸钠 硅酸钙和二氧化硅 C 玻璃是几种成分熔化在一起的晶体 D 玻璃也是硅酸钠盐 有一定的熔点 6 下列属于新型无机非金属材料的特性的是 能承受高温 强度高 具有电学特性 具有光学特性 具有生物功能 可塑性好 A B C D 7 磷酸钙系陶瓷也是一种新型无机非金属材料 它可用于制成人造骨骼 这是利用这类 材料的 A 耐高温的特性B 电学特性 C 光学特性D 生物功能 8 下列有关材料分类的说法正确的是 A 硅酸盐材料属于新型无机非金属材料 B 高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 金属属于金属材料 但都属于结构材料 C 新型无机非金属材料包括半导体材料 光导纤维 氧化铝陶瓷等 D 氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料 但不是高温结构材料 9 下列物质不属于新型无机非金属材料的是 A 光导纤维B 氮化硅陶瓷 C 钢化玻璃D 生物陶瓷 10 制取下列物质 无需利用到二氧化硅的是 A 玻璃B 水泥C 粗硅D 光导纤维 11 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 是非常好的通信材料 D 人造刚玉硬度高 可用来制造刚玉球磨机 12 下列各物质中与普通玻璃相比具有相同成分的是 A 钢化玻璃B 光学仪器玻璃 C 石英玻璃D 有色玻璃 二 填空题 13 制造普通硅酸盐水泥的原料有 制造普通玻璃 的原料有 原料间发生主要反应的化学方程式是 用心 爱心 专心 14 氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料 它是一种 本身具有 并 且耐磨损 除 外 它不与其他无机酸反应 能力强 高温时也能 正由于氮化硅陶瓷具有如此良好的特性 因此 人们常利用它来制造 机械密封环 等机械构件 15 制造陶瓷的主要原料是 陶瓷的种类很多 根据原料 等不同 主要分为 等 唐朝的 宋朝的 闻名于世 流传至今 我国的陶都是 瓷都是 16 氧化铝陶瓷俗称 利用它的 性质 可做高级耐火材料 利用 它的 性质制造刚玉球磨机 17 新型无机非金属材料的特性有 目 前较广泛使用的高温结构陶瓷有 广泛应用于光 缆通信的是 18 在制玻璃的原料中再加入下列物质 可制得各种不同用途的玻璃 A 氧化亚铜 OCu2 B 氧化钴 32O CO C 氧化铅 PbO D 硼砂 OHOBNa 2742 10 1 制造化学仪器的玻璃需加入的物质是 2 制造蓝色玻璃需加入的物质是 3 制造光学仪器的玻璃需加入的物质是 4 制造红色玻璃需加入的物质是 19 我国有 秦砖汉瓦 之说 可见我国早在秦汉时期就掌握了烧制砖瓦等建筑材料的 技术 制砖瓦的原料是 砖瓦在陶瓷分类上属于 制瓷器的原料 是 烧制瓷器的温度比烧制陶器的温度 填高或低 三 计算题 20 取某石英样品 杂质高温下不与炭反应 4 00g 与足量的炭混合共热 把生成的气 体完全燃烧后全部通入含gOHCa44 4 2 的饱和石灰水中 恰好使生成的沉淀又重新溶 解 试求 1 原样品中 2 SiO的质量分数是多少 2 如有 5 0t 这种样品 理论上可制得质量分数为 99 9 的高纯度硅多少吨 21 某种玻璃中含有 332 CaSiOSiONa 和 2 SiO 且三者的物质的量之比为4 1 1 1 以氧化物的形式表示此玻璃的组成 2 若要制备 1000kg 上述玻璃 需要各原料的质量分别是多少 共可产生标准状况 下 2 CO多少升 试题答案试题答案 一 1 D2 B3 B4 B5 A B6 D7 D 8 B C9 C10 B11 A12 A B 二 13 石灰石 黏土 石膏 纯碱 石灰石 石英 用心 爱心 专心 232232 COSiONaSiOCONa 高温 2323 COCaSiOSiOCaCO 高温 14 超硬物质 润滑性 氢氟酸 抗腐蚀 抗氧化 轴承气轮机叶片 永久性模具 15 黏土 烧制温度 土器 陶器 瓷器 炻器 唐三彩 钧瓷 宜兴 景德镇 1