1、第 1 页 共 8 页 第二单元 功能各异的无机非金属材料学习目标 重点难点1知道陶瓷、玻璃、水泥的主要化学成分、生产原料和生产过程，使学生对化学与生产生活实际的联系有进一步的认识。2了解生活中无机非金属材料的应用与人类文明发展的密切关系。3了解光导纤维和新型陶瓷材料的特点及用途，使学生充分认识到科学技术在现代社会中的重要性。水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料一、生活中的硅酸盐材料1硅酸盐材料：陶瓷、普通玻璃、水泥的主要成分是_。2陶器和瓷器：(1)原料：陶器和瓷器都是用_制造的。(2)烧制过程：黏土的主要成分是_。黏土去除杂质后，加水混匀，制成所需形状的坯件，再经过_就得到陶瓷成品。在
2、这个过程中发生了复杂的_。3玻璃的制作原料和成分：普通玻璃是以_、_和_为原料，粉碎后按一定比例混合在熔炉中共熔制成的。其主要成分是_、_和_。玻璃是混合物，没有固定的_。4变色玻璃的变色原理：变色玻璃中加有适量的_和_。当在光照下时，发生反应_，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃颜色呈现暗棕色。当光线变暗时，发生反应_，使得玻璃颜色又变浅。预习交流 1玻璃是晶体吗？5水泥的成分和特性：硅酸盐水泥是以_和_为原料，在水泥回转窑中高温煅烧后粉碎研磨而成。它的主要成分是_、_、_。水泥具有_，可以做建筑材料。预习交流 2为什么水泥不能长期存放？二、光导纤维和新型陶瓷材料1光导纤维传输优点：光
3、导纤维传输信息比利用金属导体传输有_、_的优点，而且节约了大量的有色金属。2新型陶瓷材料：(1)分类：新型陶瓷分成两大类，即_和_。(2)结构陶瓷具有_。第 2 页 共 8 页 (3)功能陶瓷具有_。预习交流 3什么是硅酸盐工业？传统的硅酸盐工业产品有哪些？在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点 我的学疑点答案：预习导引一、1硅酸盐2(1)黏土(2)硅酸盐 高温烧制 物理、化学变化3石英砂 碳酸钠 碳酸钙 Na 2SiO3 CaSiO 3 SiO 2 熔点4溴化银(AgBr) 氧化铜 2AgBr 2AgBr 2 = = = = =光 2AgBr 2 2
4、AgBr= = = = =CuO 预习交流 1：答案：玻璃不是晶体。因为晶体的外表特征是有一定的、整齐的、有规则的几何外形(当然，构成晶体的那个最小的单元是我们肉眼看不见的) ，它有固定的熔点。而玻璃是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态，我们把它叫做玻璃态。5石灰石 黏土 硅酸二钙(2CaOSiO 2) 硅酸三钙(3CaOSiO 2) 铝酸三钙(3CaOAl2O3) 水硬性预习交流 2：答案：水泥的吸水能力很强，能吸收空气中的水分并与之发生化学反应，所以不能长期存放。二、1容量大 传输速度快2(1)结构陶瓷 功能陶瓷(2)机械功能、热功能和部分化学功能(3)电、光、磁、化学和生物特性，具有
5、相互交换功能预习交流 3：答案：硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成的硅酸盐产品的工业，叫做硅酸盐工业。传统的硅酸盐工业产品有：水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、耐火材料等。随着科技发展，人们又研制出许多新型无机非金属材料。如：结构陶瓷(耐高温的氧化铝陶瓷、耐磨耐高温的氮化硅陶瓷)。功能陶瓷( 低温超导陶瓷、压电陶瓷等 )。硅酸盐工业在我国国民经济中占有重要的地位，随着科技发展，人们又研制出许多新型无机非金属材料。第 3 页 共 8 页 1陶瓷某科研小组用高岭土(主要成分是 Al2O32SiO22H2O，并含有少量 CaO 和 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
6、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，得到沉淀即为净水剂。(1)写出熔融时，主要成分与纯碱反应的化学方程式：_(氧化铝和纯碱的反应与SiO2 和纯碱反应类似)。(2)最后的沉淀物是什么？并写出有关离子方程式：_ 。(3)实验中常用的坩埚有瓷坩埚和铁坩埚，本实验在熔融土样时应选用_。与陶器比起来，瓷器的表面很光滑、明亮，因此看起来也更漂亮。你知道这是什么原因吗？(1)主要原料：黏土。(2)制造过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却。(3)陶瓷是陶器和瓷器的合称。它们二者的区别是原料和烧制温度不同。中国的陶都是宜兴。瓷都是景德镇。(4)主要特性：具有抗氧化性、抗酸
7、碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型等优点。(5)主要用途：餐具、砖瓦、化学仪器、 电绝缘器、工 艺品等。2玻璃的成分和性能玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是_、_、_，粉碎后按一定比例混合放入熔炉中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是_、_、_。(2)某玻璃中含 Na2O、CaO、 SiO2 的质量之比为 3128180，此玻璃的组成为(填选项)_。ANa 2OCaO6H2SiO3BNa 2OCaO6SiO2C2Na 2O2CaO9SiO2D6Na 2O6CaOSiO2(3)我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为原
8、料中混有 Fe2 的原因。在制玻璃的原料中，再加入下列物质后，可制得各种不同用途的玻璃。A氧化亚铜(Cu 2O)B氧化钴(Co 2O3)C氧化铅(PbO)D硼砂(Na 2B4O710H2O)制造化学仪器的玻璃需加入的物质是_。制造光学仪器的玻璃需加入的物质是_。第 4 页 共 8 页 制造蓝色玻璃需加入的物质是_。制造红色玻璃需加入的物质是_。在警匪片中，我们经常看到这样的场面，有一种玻璃，子弹打不透，我们称它为“防弹玻璃” ，你知道防弹玻璃是用什么制作的吗？它为什么可以防弹？(1)反应原理：Na2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温 CaCO3SiO 2 CaSi
9、O3CO 2= = = = =高 温 (2)常见玻璃的特性及用途玻璃名称 特性 用途普通玻璃 一般在较低温度下易熔化等 制造门窗、镜子、杯子等石英玻璃膨胀 系数小，耐酸碱、强度大、滤光化学 仪器、高压水银灯的灯壳等光学玻璃 透光性能好，有折光和色散性眼镜 片，显微镜的透镜等光学仪器钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂运动器材、微波通信器材、汽车、火车窗玻璃3光导纤维和新型陶瓷材料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 1 300 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
10、 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_。新型陶瓷材料是不是陶瓷？新型无机非金属材料的特性1能承受高温，强度高。例如，氮化硅陶瓷在 1 200 左右的高温下，仍具有很高的强度。2具有电学特性。一些新型无机非金属材料可以作 绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体等。3具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有
11、的能使红外线、雷达射线穿过。第 5 页 共 8 页 4具有生物功能。有些新型无机非金属材料可制成人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。1下列生活中的物品不属于陶器的是( ) 。A空心砖 B青砖C瓦盆 D砂锅2下列对陶器和瓷器的比较中正确的是( ) 。A瓷器烧制时使用的温度不如陶器烧制时使用的温度高B陶器使用的黏土中含有的杂质比瓷器使用的原料中含有的杂质少C瓷器和陶器相比，具有坯体细腻、强度较高、结构致密、吸水率低的优点D一般说来，瓷器比陶器的制造工序简单3与普通玻璃成分相同的物质是( ) 。A石英玻璃 B水玻璃C钢化玻璃 D光学玻璃4精细陶瓷(又称为特种陶瓷 )在现代科技中应用前景很广。以 S
12、iO2 加少量 PdCl2 研磨成极细的颗粒，经高温烧结制成多孔烧结体，具有半导体的性质。它具有相当大的比表面积，将它和电子元件及仪表组成“电子鼻”，也被称为“ 人工神鼻 ”。冰箱泄漏的氟利昂浓度只有十万分之一也能“嗅” 出。关于“ 电子鼻”的下列叙述中不正确的是( )。A “电子鼻”大大突破了人的嗅觉B “电子鼻 ”吸附气体的能力极强C “电子鼻 ”可广泛应用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警D “电子鼻”易溶于水5有三种透明、不溶于水的坚硬固体，A 固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清的石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体密度为氧气密度的 1.375 倍。B固体可溶于热
13、的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸，将 B 与石灰石、纯碱按比例混合加热后得到 C，C 在高温时软化，无固定熔点。(1)A 为_ ，有关反应的化学方程式 _。(2)B 为_，有关反应的化学方程式 _。(3)C 为_，有关反应的化学方程式 _。6未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水冷发动机。这类材料中研究得较多的是化合物 G。(1)化合物 G 的相对分子质量为 140，G 中硅元素的质量分数为 60%，另有元素 Y。G可以由化合物 E(含两种元素) 与 NH3 反应而生成，同时产生 HCl 气体。请推
14、断：化合物 G 的化学式为_ ，1 mol NH3 和 0.75 mol E 恰好完全反应生成 G 和 HCl，则化合物 E 的分子式为_。(2)粉末状 G 能够与空气中的氧气和水作用，所得产物中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与氧反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成另一种产物是该种单质元素的氢化物。请写出化合物 G 与水反应的化学方程式_。(3)为了使化合物 G 能成为新一代汽车发动机材料，现采用常压下在 G 中添加氧化铝，第 6 页 共 8 页 经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化学通式可表达为 Si6x AlxOxY8
15、x 。在接近于 1 700 时 x 的极限值约为 4.0，在 1 400 时 x 为 2.0，以保持整个化合物呈电中性。试问：“赛伦” 中 Y 元素的化合价为_。提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记。知识精华 技能要领答案：活动与探究 1：答案：(1)Al 2O3Na 2CO3 2NaAlO2CO 2 SiO 2Na 2CO3= = = = =高 温 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温 (2)H2SiO3 SiO 2H =H2SiO323(3)铁坩埚解析：Al 2O3 和 SiO2 可以与 Na2CO3 反应，生成 NaAlO2
16、和 Na3SiO3，这两种物质均可溶于水，加足量盐酸后生成 H2SiO3 沉淀和 AlCl3 溶液。思考与交流：答案：陶器和瓷器从化学组成上来看差别并不大，它们分类依据主要是从原料、烧制温度、工艺、产品外观上存在的差别。陶器 瓷器原材料 陶器烧制的原料是黏土 瓷器烧制的原料为高岭土等矿物质原料烧制温度陶器的烧制温度一般在 950 左右瓷器的烧制温度约在 1 200 左右质地 陶器质地疏松，有一定吸水 性 瓷器质地密实，不透水陶器与瓷器相比，瓷器制造时所用的原料含杂质少，烧制时使用的温度更高，具有胚体细腻、强度较高等优点，制造工序更复杂。通过瓷器和陶器的比较，可以看出瓷器比陶器更好，这一点也告诉
17、我们好的东西多数要经过更多的努力才能得到的。活动与探究 2：答案：(1)石英砂 纯碱 石灰石 Na 2SiO3 CaSiO 3 SiO 2 (2)B (3)D C B A解析：Na 2O、CaO、SiO2 的质 量比为 3128180，则其物质的量之比为 116，化学仪器是硼酸盐玻璃，光学仪器是 铅玻璃， 蓝色玻璃含 Co2O3，红色玻璃含 Cu2O。思考与交流：答案：防弹玻璃实际上是夹层玻璃的一种，它是由多片不同厚度的透明浮法玻璃和多片 PVB 胶片科学地组合而成，为了增强玻璃的防弹防盗性能，玻璃的厚度和PVB 的厚度均增加了。由于玻璃和 PVB 胶片黏合得非常牢固，几乎成为一个整体，且因第
18、 7 页 共 8 页 玻璃具有较高的硬度而 PVB 胶片具有良好的韧性，当子弹接触到玻璃后，它们的冲击能量被削弱到很低的程度乃至为零，所以不能穿透。同样，金属的撞击也只能将玻璃击碎而不能穿透，因此起到防弹效果。活动与探究 3：答案：(1)ACD(2) Si 3N4(3)Si3N412HF =3SiF4 4NH3(4)3SiCl42N 26H 2 Si3N412HCl= = = = =强 热 解析：本题主要考查运用基础知识对题中信息进行再加工的能力。根据题目给出的信息“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”知道氮化硅的性质，它的性质决定它的用途，可以用来制作耐高温、耐腐蚀、
19、耐磨的部件。根据 N 和 Si 的原子结构及其元素周期律的知识，可判断氮元素非金属性比硅强 ，故 N 显负价(3)，Si 显正价(4)，由此可写出氮化硅的化学式 Si3N4。思考与交流：答案：新型陶瓷材料从化学组成上来看已经不属于传统硅酸盐陶瓷材料了，只是它们多数也具有一般硅酸盐材料的耐高温、强度高、耐腐蚀的特性，并且从外观上与传统的硅酸盐陶瓷一样不具有金属光泽，都属于脆性材料，容易碎裂等。广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广义定义来看仍然属于陶瓷材料。当堂检测1A 解析：现代使用的空心 砖一般是水泥和少量砂石及其他填料制成的，不经过烧结
20、过程，不属于陶器。2C 解析： 瓷器和陶器相比，制造时所用的原料含杂质少，烧制时使用的温度更高，具有坯体细腻、强度较高、结构致密、吸水率低的优点，制造工序更复杂。3C 解析： 石英玻璃是二氧化硅，水玻璃是硅酸钠的水溶液，光学玻璃是普通玻璃中加入了其他物质。4D 解析：“电子鼻”能够“嗅”到人嗅不到的物质，所以大大地突破了人的嗅觉极限；它的原理是其表面积极大，容易吸附气体，这样才能检测气体；由于它能够吸附气体，所以它应能够检测到易燃、易爆、有毒气体。从“电子鼻”所用的原料来看，烧结后的陶瓷应属于硅酸盐材料，所以应难溶于水。5答案：(1)金刚石 CO 2 CO2= = = = =点 燃 (2)石英
21、 SiO 22NaOH =Na2SiO3H 2O；Na2SiO32HClH 2O=2NaClH 4SiO4；H4SiO4=H2SiO3H 2O(3)玻璃 CaCO 3SiO 2 CaSiO3CO 2；Na 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2解析：本题的要点是在玻璃的推断，因 为玻璃在推断中出 现是很少的， 这里是从制取原料和性质特点进行分析，制取玻璃的原料 为碳酸钠、碳酸 钙 和二氧化硅。普通玻璃的组成为Na2SiO3CaSiO34SiO2，用氧化物形式表示为 Na2OCaO6SiO2。玻璃不属于晶体，在加热时可熔化，熔点较低，但无固定的熔点。解答本题应从 A 的燃烧产物入手，该气体的
22、相对分子质量为：M321.37544。该气体无色而且能使澄清的石灰水变浑浊，可以确定 该气体为 二氧化碳，因 为 A 为透明不溶于水、第 8 页 共 8 页 坚硬的固体，由此推断 A 为金刚石。B 同样为透明不溶于水的坚硬固体，但可溶于热的苛性钠溶液，所得溶液中加入过量酸时可析出白色固体，最终得到一种比碳酸 还弱的酸， B 固体为石英。C 物质由石灰石、纯碱和 B 物质(石英) 混合加热反应而制得，在高温时软化，无固定熔点，这是玻璃的性质特点，故 C 为玻璃。6答案：(1)Si 3N4 SiCl 4 (2)Si 3N46H 2O=3SiO24NH 3 (3) 3解析：(1)G 中 Si 的原子数为 14060%/283，另一种元素由 ENH 3 GHCl，根据元素守恒推出为 N，E 由 Si、Cl 两种元素组成，N 的原子数为 14040%/144，故 G 的化学式为 Si3N4。由原子守恒知 E 中 Si、Cl 原子个数比为 1 4，故其分子式 为 SiCl4。(2)Si3N4 与 O2 反应生成 SiO2 和 N2，与 H2O 反应生成 SiO2 和 NH3。(3)Si 为4 价，Al 为3 价，O 为2 价，当 x4 时，代入得 Y 的化合价a：2443(2)4a40， a3。
