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《无机非金属材料》教案

[核心素养发展目标]1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。

一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料

1.硅酸盐及其结构

(1)硅酸盐的概念

硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。

(2)硅酸盐的结构

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。

(3)硅酸盐的特性

硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。

2.常见的硅酸盐材料

陶瓷

普通玻璃

普通水泥

原料

黏土

纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)

主要原料：石灰石、黏土

辅助原料：适量的石膏

设备

—

玻璃窑

水泥回转窑

主要

成分

成分复杂

硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)

硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)

特点

抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘

玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品

具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬

用途

建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具

建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维

大量用于建筑和水利工程

(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物()

(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定()

(3)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合()

(4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土()

(5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行()

(6)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化()

答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√(6)√

1.传统的玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品，根据你的观察和使用经验，将它们的主要物理性质和化学性质填入下表。

材料

物理性质

化学性质

玻璃

陶瓷

答案

材料

物理性质

化学性质

玻璃

硬度大、耐磨损、耐高温、较脆

很稳定

陶瓷

硬度大、耐磨损、耐高温

很稳定

2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。

(1)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。

(2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋===H2SiO3↓。

(3)少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)。

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硅酸盐的丰富性和多样性

由于铝与硅在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近，＋3价的铝常或多或少地置换硅酸盐中＋4价的硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐品种的多样性和结构的复杂性，同时也为应用硅酸盐材料提供了更广阔的选择。硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体。土壤胶体粒子表面积巨大且带负电，能与NHeq\o\al(＋,4)、K＋等数十种生物所需的营养离子相互作用，使土壤具有保肥能力。这是大自然对人类及地球生物的馈赠，我们应该爱护大地母亲。保持土壤的良好结构和化学成分，就是保证农业、牧业和林业持续发展的基础。

1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是()

A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷

B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅

C.陶瓷的主要原料是黏土

D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料

答案B

解析普通玻璃主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。

2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()

A.这是一种矿物胶，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

答案D

解析水玻璃为硅酸钠溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。

3.某博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法不正确的是()

A.古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品

B.高岭土为含水的铝硅酸