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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、硅酸盐材料

1．无机非金属材料

从组成上看，许多无机非金属材料多含硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。

2．硅酸盐及其结构

(1)硅酸盐的结构

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si。

(2)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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

3．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

陶瓷窑

玻璃窑

水泥回转窑

主要成分

含水的铝硅酸盐

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)

用途

建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等

建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等

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．(2020·青岛二中高一检测)世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7000多块铝板和1200多块玻璃等建成。

(1)生产硅酸盐产品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。制备普通玻璃的主要反应方程式为____________________________________________________。

(2)硅酸盐通常可以用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)：________________，钠长石(NaAlSi3O8)：________________。

(3)作场馆建筑材料黏合剂和防火剂的硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，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。

①硅酸钠在空气中易与二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式：_____________。

②硅酸钠和盐酸反应的离子方程式为：________________________________。

(4)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]。下列说法正确的是________(填字母)。

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盐

C．n＝3

D．我国在新石器时代已能烧制陶器

答案(1)石灰石CaCO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑

(2)K2O·Al2O3·6SiO2Na2O·Al2O3·6SiO2

(3)①SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)

②SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋===H2SiO3↓

(4)ABD

解析(4)根据化合物中正负化合价代数和为0的原则：n×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋4×(－1)＝0，解得n＝2，所以C错误。

硅酸盐氧化物形式的改写

eq\x(书写形式)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→较活泼金,属氧化物→二氧化硅→水，氧化物之间以“·”隔开))

eq\x(化学计量数)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(配置原则：各元素原子总个数比值符合原来,的组成，若出现分数时应化为整数))

二、新型无机非金属材料

1．硅和二氧化硅

(1)硅的存在与结构

存在

原子结构示意图

周期表中位置

含量

存在形态

地壳中居第二位

氧化物和硅酸盐

第三周期ⅣA族

(2)高纯硅的制