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。 |
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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 |
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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 |
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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 Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2 | 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 |
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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。为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首先抵消表层应力,从而提高了承载能力,增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲击性等。利用题目信息分析钢化玻璃与普通玻璃成分是否相同?
答案 相同。
3.用石灰水抹墙和用水泥砌墙的硬化原理是否相同,为什么?
答案 不相同。石灰水抹墙时发生的反应为Ca(OH)2+CO2 CaCO3↓+H2O,而水泥的硬化是发生了复杂的物理化学变化,二者原理不同。
1.关于玻璃的认识
(1)制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。制得的玻璃是混合物,没有固
定的熔点。
(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分完全相同。
(3)常见玻璃种类
玻璃种类 | 性能 | 用途 |
含铅的光学玻璃 | 透光性好, 折射率高 | 制造眼镜、照相机 和光学仪器的透镜 |
加入硼酸盐的玻璃 | 耐化学腐蚀、耐 高温急剧变化 | 制实验玻璃仪器 |
加入金属氧化物或 盐得到的彩玻璃 | 具有多种颜 | 建筑、装饰 |
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2.关于水泥的认识
(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质,因而变硬的水泥不能使用。
(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。
1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于( )
A.氧化铝 B.二氧化硅
C.硅酸盐 D.合金
答案 C 唐三彩、秦兵马俑制品由黏土经高温烧结而成,属于硅酸盐产品。
2.下列有关硅酸盐产品的说法不正确的是( )
A.水泥中加入石膏可以调节水泥的硬化速率
B.生产玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂
C.玻璃有固定的熔、沸点
D.陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品
答案 C 在水泥中加入适量石膏,可以调节水泥的硬化速率,故A正确;生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂,故B正确;玻璃是混合物,一般混合物都没有固定的熔、沸点,故C错误;陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品,故D正确。
3.陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青,来自氧化铁
B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成
C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐
D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
答案 A 氧化铁为红棕固体,瓷器的青不可能来自氧化铁,A错误。
学习任务二 新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅
(1)主要应用
硅 | 半导体材料→硅芯片、 硅太阳能 电池 |
二氧化硅 | 光导纤维 |
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(2)高纯硅的制备
涉及的主要化学反应为:
(a)SiO2+2C Si+2CO↑
(b)Si+3HCl SiHCl3+H2
(c)SiHCl3+H2 Si+3HCl
2.新型陶瓷——碳化硅(SiC)
俗称 | 结构特点 | 主要性能 | 生产应用 |
金刚砂 | 碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构 | 硬度很大、优异的高温抗氧化性能 | 碳化硅石墨坩埚 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 |
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3.碳纳米材料
(1)富勒烯:由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C60。
(2)碳纳米管:由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,可用于生产复合材料、电池和传感器等。
(3)石墨烯:只有一个碳原子直径厚度的单层石墨,其电阻率低、热导率高,具有很高的强度。
判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
1.光电池可以将光能直接转化为电能( √ )
2.Si是太阳能电池和光导纤维的主要成分( ✕ )
3.碳化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承( √ )
4.石墨烯属于有机化合物( ✕ )
1.二氧化硅是一种酸性氧化物。实验室中要熔化烧碱固体,现有三种坩埚:石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为应该选哪一种?简述选择的依据。
答案 选择铁坩埚。铁不与烧碱(NaOH)反应,而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2,能与NaOH反应,使得坩埚受损。
2.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理变化和化学变化(生成Na2SiO3和CaSiO3)而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗?
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