5.3無機(jī)非金屬材料（導(dǎo)學(xué)案）（原卷版）

第五章《化學(xué)生產(chǎn)中的重要非金屬元素》導(dǎo)學(xué)案第三節(jié)無機(jī)非金屬材料【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、通過閱讀交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。2、通過自主學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。3、聯(lián)系生活實際和現(xiàn)代科技成果，了解粗硅的制法和高純硅的提純原理及納米材料的類別結(jié)構(gòu)特點、性能和用途，感受化學(xué)就在身邊，培養(yǎng)科學(xué)探究的精神和社會責(zé)任感?！緦W(xué)習(xí)重點】玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機(jī)非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分?！緦W(xué)習(xí)難點】硅酸鹽的結(jié)構(gòu)特點、高純硅的制備方法及原理?！菊n前預(yù)習(xí)】舊知回顧：1.地殼中含量最多的元素是__,其次是_，含量占__，含量最多的金屬元素是__。2.CO2是一種色__體，__溶于水，固態(tài)CO2俗稱。CO2是____性氧化物，能與等反應(yīng)，其化學(xué)（或離子）方程式為____________________________________________。新知預(yù)習(xí)：1.硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般溶于水，性質(zhì)很。最簡單的硅酸鹽是。硅酸鹽可用氧化物的形式表示，如硅酸鈉（Na2SiO3）可表示為、鎂橄欖石（Mg2SiO4）可表示為。硅酸鹽的主要產(chǎn)品有、、。硅的主要用途是。2.分別寫出SiO2與CaO、NaOH、溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：；；與Na2CO3反應(yīng)：固體高溫條件下。3.新型無機(jī)非金屬材料具有一些特殊的功能。如含4%硅的硅鋼具有性，主要用作；人工合成的硅橡膠是最好的的橡膠，用于；人工制造的分子篩，主要用作?！菊n中探究】情景導(dǎo)入：材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展對材料性能要求的提高，一批新型無機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。（見PPT視頻）一、硅酸鹽材料活動一、硅酸鹽的組成及結(jié)構(gòu)含有元素：任務(wù)一、閱讀教材P19頁內(nèi)容，回答含有元素：性能：性能：無機(jī)非金屬材料分類：分類：應(yīng)用應(yīng)用：②硅酸鹽組成表示方法：【注意】①書寫形式：②化學(xué)計量數(shù)例如：任務(wù)二、討論交流：結(jié)合教材“資料卡片”，思考硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途有何特點？【對應(yīng)練習(xí)】1．下列說法正確的是（）①構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素是碳②二氧化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元中，每個Si周圍結(jié)合4個O③使用量最大的無機(jī)非金屬材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品④硅膠多孔，吸附能力強(qiáng)，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③2．我國是一個擁有五千年文化傳承的文明古國，下列國寶級文物主要由硅酸鹽制成的是（）選項ABCD文物名稱《四羊方尊》國家博物館《千里江山圖》故宮博物院《青銅神樹》三星堆博物館陶兵馬俑秦始皇博物館活動二、三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品任務(wù)一、閱讀教材P2021頁內(nèi)容，思考制備三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制作原理及主要原料、設(shè)備、成分分別是什么？填寫表格內(nèi)容。①三種常見硅酸鹽產(chǎn)品的性能及應(yīng)用：硅酸鹽產(chǎn)品性能應(yīng)用陶瓷玻璃水泥②三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制備比較：硅酸鹽產(chǎn)品原料反應(yīng)原理主要設(shè)備主要成分陶瓷發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化（不作要求）－玻璃水泥發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化（不作要求）任務(wù)二、問題探究：（1）工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？（2）根據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，能否證明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)？若不能，又該如何證明？【對應(yīng)練習(xí)】1．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品，玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品 B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高 D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．下列說法不正確的是（）A．陶瓷是以黏土為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成B．普通玻璃以純堿、石灰和石英砂為原料，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化制得C．普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料D．向水泥中加入適量的石膏可以調(diào)節(jié)水泥硬化速率二、新型的無機(jī)非金屬材料活動一、硅和二氧化硅任務(wù)一、閱讀課本P21最后兩自然段，思考硅在自然界的存在、結(jié)構(gòu)、用途和制備方法分別是什么？完成表格內(nèi)容。①硅的存在、結(jié)構(gòu)及用途：存在結(jié)構(gòu)周期表中位置用途含量存在形態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖：空間結(jié)構(gòu)：②高純硅的制備a.制備流程:b.制備原理（主要化學(xué)反應(yīng)）：任務(wù)二、問題探究：（1）碳和硅原子結(jié)構(gòu)相似，為什么SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大，化學(xué)性質(zhì)有哪些相同點和不同點？①SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大的原因：②CO2和SiO2的比較：物質(zhì)二氧化硅二氧化碳存在物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)①與水反應(yīng)②與酸反應(yīng)③與堿液(NaOH)反應(yīng)④與堿性氧化物反應(yīng)⑤與碳反應(yīng)用途（2）實驗室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？【對應(yīng)練習(xí)】1．下列關(guān)于SiO2的敘述正確的是（）①SiO2能與水反應(yīng)生成硅酸②SiO2對應(yīng)的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外層電子數(shù)相同，SiO2和CO2的分子結(jié)構(gòu)也相同④SiO2既能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，故SiO2是兩性氧化物⑤SiO2中硅元素為價，故SiO2具有氧化性⑥在SiO2中，每個硅原子結(jié)合2個氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤2.高爐冶煉的粗硅難以滿足使用過程中的純度要求，因此需對粗硅進(jìn)行進(jìn)一步的提純。工業(yè)上采用Si與HCl在350℃左右反應(yīng)生成SiHCl3，之后將其還原、結(jié)晶得到高純度的單晶硅產(chǎn)品。已知SiHCl3的熔點為128℃，沸點為33℃，且遇O2與H2O均劇烈反應(yīng)?，F(xiàn)要在實驗室中制取少量SiHCl3，其實驗裝置如下圖所示，則下列說法正確的是（）A．工業(yè)上用過量的焦炭與石英砂混合冶煉粗硅，發(fā)生的反應(yīng)為SiO2+Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+CO2↑B．使用濃H2SO4和NaCl混合加熱制取HCl利用了濃H2SO4的脫水性C．冰鹽浴的目的為降低收集容器的溫度，使SiHCl3冷凝為液體D．可以用無水CaCl2、硅膠等固體干燥劑替換干燥管中的堿石灰活動二、常見兩種新型無機(jī)非金屬材料任務(wù)一、閱讀教材P23頁內(nèi)容，結(jié)合“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目，回答常見新型陶瓷的種類、成分、性能及主要用途有哪些？填寫表格內(nèi)容。新型材料成分性能主要應(yīng)用金剛砂磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷用于火箭發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和高溫電極材料等壓電陶瓷用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點火器等透明陶瓷用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導(dǎo)陶瓷—用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域任務(wù)二、閱讀教材P2324頁內(nèi)容，回答常見碳納米材料的種類、性能及用途有哪些？填寫表格內(nèi)容。碳納米材料概念性能用途富勒烯—C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象,開啟了碳納米材料的研究和應(yīng)用的新時代,如用C60作車輪的“納米汽車”。碳納米管生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯在光電器件、超級電容器、電池、復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入【對應(yīng)練習(xí)】1.下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法不正確的是()A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分不同2．北京冬奧會上科技元素“星光熠熠”，向世界展現(xiàn)了一個現(xiàn)代化的中國。212項技術(shù)在冬奧會上得以應(yīng)用，如含有石墨烯的智能服飾、鋁合金管材和光導(dǎo)纖維等等。下列有關(guān)說法中，不正確的是（）A．石墨烯是一種電阻率低、熱導(dǎo)率高的具有優(yōu)異性能的新型材料B．我國提出網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略，光纜線路總長超過三千萬公里，光纜的主要成分是二氧化硅C．制造芯片的關(guān)鍵材料是二氧化硅D．富勒烯及“超輕海綿”使用的石墨烯是新型無機(jī)非金屬材料【課后鞏固】1．（易）教材作業(yè)：P25頁練習(xí)2、3、4、52．化學(xué)知識與科技、生產(chǎn)、生活有密切的關(guān)系。下列敘述中錯誤的是（）A．“天宮二號”空間運行的動力源泉——太陽能電池帆板，其核心材料為晶體硅B．“天問一號”火星車使用的保溫材料——納米氣凝膠，具有丁達(dá)爾效應(yīng)C．三星堆二號祭祀坑出土商代的銅人銅像填補(bǔ)了我國考古學(xué)、青銅文化史上的諸多空白。青銅器的出土表明我國商代已經(jīng)掌握冶煉銅技術(shù)D．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導(dǎo)體材料為二氧化硅3.下列關(guān)于日常現(xiàn)象與生活常識的解釋中錯誤的是（）A．鹵水點豆腐、傷口上涂抹氯化鐵溶液止血均利用了膠體的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均為硅酸鹽制品，屬于無機(jī)非金屬材料C．鋁合金不易發(fā)生銹蝕是因為鋁在常溫下不與空氣中的氧氣反應(yīng)D．一氧化碳難溶于水，在火爐邊放一盆水無法防止一氧化碳中毒4．我國科學(xué)家制得了二氧化硅超分子納米管，其微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。下列敘述錯誤的是（）A．二氧化硅屬于酸性氧化物 B．二氧化硅超分子納米管不與任何酸反應(yīng)C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅 D．二氧化硅與堿的反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)5.下列說法不正確的是（）A．二氧化碳密度比空氣大，可做鎂著火的滅火劑B．硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種重要的半導(dǎo)體材料C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示為Al2O3·2SiO2·2H2O6．高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域，工業(yè)上制備高純硅的工藝流程如圖所示：下列說法正確的是（）A．硅在自然界中主要以游離態(tài)形式存在B．電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為SiO2＋Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑C．在還原爐里發(fā)生的反應(yīng)中，還原劑是SiHCl3D．含60kgSiO2的石英砂，理論上最多可制得28kg高純硅7．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)普通玻璃的說法不正確的是()A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英B．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起8.世博會中國館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為：___________