高中化学第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料第2课时教学设计1鲁科必修1

1、第4章材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料第2课时【教学目标】1.使学生对硅酸盐工业及一些产品和新型无机非金属材料有大致印象。 2.使学生认识到化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。用科学的奇妙和威力激发学生学习化学的兴趣。 3. 通过介绍我国材料科学发展的成就，对学生进行爱国主义教育。 4.通过社会及科学技术的发展对新型材料的要求，培养学生的社会责任感。【教学过程】硅酸盐材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷等。首先我们就来学习有关水泥的知识。请同学们阅读有关的类容，归纳、总结水泥的性质。一、硅酸盐与无机非金属材料1硅酸盐(1)硅酸盐在自然界中的存在硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，自

2、然界中存在的各种天然硅酸盐矿石，约占地壳的5，粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。(2)硅酸盐组成的表示方法硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，其组成的表示方法有两种。 化学式法： 一般用于组成较简单的硅酸盐。如：硅酸钠 Na2SiO3； 硅酸钙Ca2SiO3 氧化物法：常用的表示方法。 如：镁橄榄石(Mg2SiO4) 2MgOSiO2高岭石Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O正长石(2KAlSi3O8 ) K2OAl2O36SiO2说明：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物

3、的排列顺序为：较活泼金属氧化物 较不活泼金属氧化物 二氧化硅 水(3)硅酸钠硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。2无机非金属材料(1)传统无机非金属材料 玻璃原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱(Na2CO3)，石灰石(CaCO3)和石英(SiO2 )。主要设备：玻璃熔炉反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 主要成分： 制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以，普通玻璃是CaSiO3，Na2SiO3和SiO2 熔化在

4、一起得到的物质，其物质的量之比为1：1：4，因此玻璃可表示为：Na2OCaO6SiO2。主要性质：硬而脆，受热时在一定温度范围内逐渐软化，没有一定的熔点，故作玻璃态物质，耐酸腐蚀(HF除外)。水泥a. 普通水泥的主要成分为硅酸三钙(3CaOSiO2)，硅酸二钙(2CaOSiO2)和铝酸三钙(3CaOAl2O3)等。b. 水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。c. 混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。(2)新型无机非金属材料类别示例特性用途高温结构陶瓷氮化硅陶瓷硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好

5、汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具碳化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电电热元件生物陶瓷氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼压电陶瓷钛酸钡陶瓷钛酸铅陶瓷可将极其微弱的机械振动转换成信号声呐系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪二、【联想发散】硅及其化合物的特殊性：(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。(4)酸性

6、氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。(5)无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。(6)在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。三、联想质疑（展示高压钠灯）高压钠灯的外罩是玻璃。里面的灯管是氧化铝陶瓷，又叫人造刚玉，是一种高温结构陶瓷。高温结构陶瓷是新型无机非金属材料中的一类。为什么高压钠灯的灯管要用氧化铝陶瓷来制造呢？因为：灯内温度高达1 400 ，钠蒸气具有强烈的腐蚀（还原）作用，一般的材料难于抵

7、御钠蒸气强烈腐蚀。钠蒸气放电发光问题虽早在1950年就得以解决，但直到1965年发现用氧化铝陶瓷来制造高压钠灯的灯管，才能抵御钠蒸气的强烈腐蚀，从而制出第一支高压钠灯。由此说明材料对科技发展的巨大影响。四、检测题1. 下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐蚀性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质2. 材料与化学密切相关，下表中对应关系错误的是()材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅3.

8、 . 下列变化，不能一步实现的是()ANa2SiO3H2SiO3 BH2SiO3SiO2CSiO2H2SiO3 DSiO2Na2SiO34. 化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是（ ）A. 发酵粉中含有碳酸氢钠，能使焙制出的糕点疏松多孔B. 木材、纺织品浸过水玻璃后，具有防腐性能且不易燃烧C. 二氧化硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维D. 铁红颜料与某些油料混合，可以制成防锈油漆5. 下列说法不正确的是()A. 漂白粉在空气中易变质，所以应密封保存B. 工业上可用铁制容器存放浓硫酸C. 液氯可储存在钢瓶中，便于运输和使用D. 硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，可保存在带玻璃塞的细口瓶中6

9、. 在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质， E是一种白色不溶于水的物质。据此填空。(1)写出各物质的化学式：A：_、B：_、C：_、D：_、E：_、F：_。(2)B与a溶液反应的离子方程式是_； (3)A与a溶液反应的离子方程式是_。7. 某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O32SiO22H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAl(OH)4和CO2。试回答下列问题：(1)写出混合物A、B、滤液C、沉淀D的主要成分：A_；B._；C._ _；D._。(2)写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式_，_；(3)沉淀D

10、的化学式是_，生成该沉淀的离子方程式为_；(4)该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有_。A玻璃坩埚 B瓷坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚参考答案1. 【解析】Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料，硅酸的酸性比碳酸弱，所以在空气中易变质生成硅酸：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，故D不正确。【答案】D2. 【解析】刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C；大理石、石灰石的成分均是CaCO3；普通玻璃和普通水泥均是硅酸盐产品；沙子、石英的成分是二氧化硅。【答案】A3. 【解析】C项由于SiO2既不溶于水也不与水反应，故不能一步实现。【答案】C4. 【解析】A

11、碳酸氢钠易与酸或在加热条件下生成二氧化碳气体，使焙制出的糕点疏松多孔，故A正确；B硅酸钠水溶液为水玻璃，具有防腐性能，不易燃烧，常用作木材、纺织品防腐剂，防火剂，故B正确；C二氧化硅不导电，不是半导体材料，常用于制造光导纤维，故C错误；D氧化铁为红棕色固体，可以用于制造红色油漆和涂料，故D正确；答案是C。【答案】C5. 【解析】A漂白粉中的次氯酸钙与空气中二氧化碳反应生成不稳定的次氯酸，在空气中易失效，应隔绝空气密封保存，并放置在干燥避光的环境中，故A正确；B常温下铁在浓硫酸中发生钝化，表面形成一薄层致密氧化物薄膜阻止反应进行，工业上可用铁质容器存放浓硫酸，故B正确；C常温下氯气和铁不能发生反

12、应，液氯可储存在钢瓶中，便于运输和使用，故C正确；D硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是矿物胶玻璃塞和瓶口易被粘结不容易打开，故D错误；故选D。【答案】D6. 【解析】本题“突破口”是C中加入过量HCl产生不溶于盐酸的白色沉淀，推知E可能是硅酸。A可能是Si，代入题目验证，B为SiO2，能与Si和SiO2反应的溶液可能为HF溶液或NaOH溶液，结合题目知a溶液为NaOH溶液，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。【答案】(1)SiSiO2Na2SiO3H2OH2SiO3H2(2)SiO22OH=SiOH2O(3)Si2OHH2O=SiO2H27. 【解析】将土样和纯碱混匀，加热熔融时，土样中的Al2O3和SiO2将与纯碱发生反应，生成偏铝酸盐和硅酸盐，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不与纯碱反应而成为残渣。滤液中的偏铝酸盐