2019高中化学 专题3 丰富多彩的生活材料 第2单元 功能各异的无机非金属材料学案 苏教版选修1

第二单元 功能各异的无机非金属材料
学习目标：1.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。

2.知道陶瓷、玻璃、水泥的主要成分、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。

(重点)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。

(重点)
[自 主 预 习·探 新 知]
一、生活中的硅酸盐材料
1．硅酸盐材料：陶瓷、普通玻璃、水泥的主要成分是硅酸盐。

2．从黏土到陶瓷
(1)原料：陶器和瓷器都是用黏土制造的。

(2)烧制过程：黏土的主要成分是硅酸盐。

黏土去除杂质后，经过加水混匀制成所需形状的坯件，再经过高温烧制就可以得到陶瓷制品。

陶瓷在高温烧成时发生了复杂的物理变化和化学变化。

3．形形色色的玻璃
(1)玻璃的制作原料和成分：普通玻璃是以石英砂、碳酸钠和碳酸钙为原料，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Na 2SiO 3、CaSiO 3和SiO 2。

玻璃是混合物，没有固定的熔点。

制备玻璃反应过程的化学方程式为：
Na 2CO 3＋SiO 2=====高温
Na 2SiO 3＋CO 2↑； CaCO 3＋SiO 2=====高温
CaSiO 3＋CO 2↑。

(2)特种玻璃
(3)玻璃加工两工艺 ①玻璃刻花
氢氟酸对玻璃具有腐蚀作用，可用于玻璃的雕刻，反应的化学方程式为SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

②玻璃镀银
玻璃上镀银涉及的三个离子方程式为Ag ＋
＋NH 3·H 2O===AgOH ＋NH ＋
4，AgOH ＋
2NH 3·H 2O===[Ag(NH 3)2]＋＋OH －＋2H 2O,2[Ag(NH 3)2]＋＋CH 2OH(CHOH)4CHO ＋2OH －―――――→
水浴加热
CH 2OH(CHOH)4COO －＋NH ＋
4＋2Ag↓＋3NH 3↑＋H 2O 。

3．硅酸盐水泥
水泥⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧
普通水泥的原料：石灰石、黏土
生产设备：水泥回转窑
普通水泥的主要成分：硅酸二钙2
，
硅酸三钙
2
和铝酸三钙3CaO·Al 2O 3
水泥的主要性质：水硬性
用途：水泥砂浆和混凝土
水泥的质量指标：我国的三个强度等级 、52.5和表示水泥的性 能，等级越高性能越好
二、光导纤维和新型陶瓷材料 1．光导纤维
(1)光导纤维的成分是SiO 2，制备时发生的化学反应为SiCl 4(g)＋O 2(g)=====1 300 ℃
SiO 2(s)＋2Cl 2(g)。

(2)光导纤维的用途
①由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆，用于光纤通信，其优点为容量大、速度快；
②光纤可用于传输激光，在医疗方面有重要用途；
③光纤可用于制造各种传感器，用于检测温度、压强、磁场、电流、速度等。

2．新型陶瓷
(1)分类：新型陶瓷分为两大类，即结构陶瓷(或工程陶瓷)和功能陶瓷。

(2)结构陶瓷
结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。

(3)功能陶瓷
①功能陶瓷具有电、光、磁、化学和生物特性，且有相互转换功能，如生物陶瓷等。

②生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无毒，不会致癌，适合植入体内，可用于人体器官和组织的修复或再造。

[基础自测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)硅酸盐材料属于新型无机非金属材料。

( )
(2)生产陶瓷、玻璃、水泥的原料中均有SiO2。

( )
(3)光导纤维具有很强的导电性。

( )
(4)石英玻璃纤维即光导纤维，简称光纤，主要成分为SiO2。

( )
【答案】(1)×(2)×(3)×(4)√
2．下列关于陶瓷、水泥等装修材料的说法中，错误的是( )
A．制作陶瓷的主要原料是黏土
B．玻化砖是所有瓷砖中最硬的一种
C．生产普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土、石灰石和石英
D．水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆
C[生产普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，没有石英。

D选项中要注意水泥砂浆和混凝土之间的区别，水泥、沙子、水的混合物是水泥砂浆。

故选C。

] 3．有关光导纤维的说法不正确的是( )
A．光导纤维是一种高质量传导光信息的玻璃纤维
B．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通信质量高，能防窃听
C．光导纤维是由普通玻璃制成的，普通玻璃拉成细丝即可得到光导纤维
D．光导纤维是由二氧化硅制成的
C[光导纤维的成分与普通玻璃的成分不同，前者是SiO2，后者是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的混合物。

]
[合作探究·攻重难]
现在中国。

“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志，秦兵马俑的制造展示了当时的制陶规模和艺术水平。

瓷器在东汉晚期发明，到宋朝形成了举世闻名的“柴”“汝”“哥”“钧”“定”“官”几大名窑，其制品工艺之精湛达到“青如天”“薄如纸”“声如罄”的水平。

相传第一批瓷器抵达欧洲时，欧洲人面对这玲珑剔透的瓷器爱不释手，赞不绝口。

一时不知如何称呼它，这样的好东西来自中国，干脆就叫它“中国”吧！“瓷国”美誉从此而得。

陶瓷的主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化钾等。

[思考交流]
1．生产玻璃和水泥均使用的原料是什么？
【提示】 玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英；水泥的主要原料是石灰石和黏土，辅助原料是石膏，二者均用到石灰石。

2．制造普通玻璃的过程中涉及氧化还原反应吗？ 【提示】 没有。

3．水泥、玻璃、陶瓷有固定的熔点吗？ 【提示】 没有，因为它们都是混合物。

4．能否用玻璃塞试剂瓶盛放碱性试剂(如NaOH 溶液、Na 2CO 3溶液)?
【提示】 不能。

因为碱性试剂能与玻璃塞的主要成分SiO
2反应，如2NaOH ＋SiO 2===Na 2SiO 3＋H 2O ，Na 2SiO 3具有黏合性，将瓶塞和试剂瓶黏结在一起。

传统硅酸盐材料
[当堂达标·固双基]
1．下列关于玻璃的叙述不正确的是( )
A．普通玻璃无固定熔点
B．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
C．玻璃是几种成分熔化在一起形成的晶体
D．玻璃属于硅酸盐材料
C[玻璃并不是几种成分熔化在一起就得到的，必须通过熔融后发生复杂的物理、化学变化而得到，而且玻璃不是晶体，因此它没有固定的熔点。

]
2．关于水泥的说法正确的是 ( )
A．生产水泥时，在熟料中加入适量的石膏可以调节水泥的硬化速率
B．水泥在水中能硬化，在空气中不会硬化
C．水泥与水混合时会生成不同的水合物，要吸收一定的热量
D．水泥溶于水后的硬化过程是一个物理变化
A[水泥不但可在水中发生硬化，它也可以吸收空气中的水分发生硬化，水泥的硬化过程主要是化学变化，水泥中的成分与水生成不同的水合物，这主要是一个化学变化过程，此过程是放热过程。

]
3．(1)某型号水泥主要成分为Ca2SiO x、Ca3SiO y、Ca3Al2O z，则x＝________，y＝________，z＝________。

制取该水泥所用的原料是________。

(2)根据不同玻璃的特性和用途填空。

a．普通玻璃(钠玻璃)
b．石英玻璃
c．光学玻璃(铅玻璃)
d．钢化玻璃(玻璃钢)
可用于制造门窗、镜子的是________，用于汽车或火车窗玻璃的是________，用于制造
化学仪器的是________，用于制造光学仪器的是________。

【解析】(1)将水泥主要成分写成氧化物形式：
2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3，可得x＝4，y＝2，z＝6。

(2)钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大，抗震裂、不易破碎，碎块没有尖锐的棱角，不易伤人，常用于制造汽车或火车的车窗等；提高SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃的化学稳定性和降低它的热膨胀系数，从而使其更耐高温和抗化学腐蚀，可用于制造高级的化学反应容器；加入PbO后制得的光学玻璃折光率高，可用来制造光学仪器。

【答案】(1)4 5 6 石灰石、黏土 (2)a d b c
4．下列有关材料分类的说法，不正确的是( )
A．硅酸盐材料属于新型无机非金属材料
B．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，金属属于金属材料，但都属于结构材料C．新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧化铝陶瓷等
D．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，也属于高温结构材料
A[硅酸盐材料属于传统非金属材料，即A项错；氮化硅陶瓷具有高温时能抗氧化，能抵抗冷热冲击的特性，属高温结构材料。

]
5．高温结构陶瓷与金属材料相比，优点是( )
A．耐高温耐腐蚀，不怕氧化
B．密度大，硬度大
C．韧性好，易于切削、锻打、拉伸
D．良好的传热导电性
A[高温结构陶瓷具有高熔点、抗腐蚀、抗氧化、结构稳定、密度小、硬度大等优良性能；韧性好，易于切削、锻打、拉伸和良好的传热导电性是金属的优良性能。

] 6．无冷却式陶瓷发动机汽车的发动机部件的受热面是由耐高温且不易传热的氮化硅陶瓷材料制造的。

(1)氮化硅具有硬度大、熔点高、化学性质稳定的特点，根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途________(填序号)。

A．制汽轮机叶片B．制有色玻璃
C．制永久性模具D．制造柴油机部件
(2)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
____________________________________________________________
____________________________________________________________。

(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛的保护下，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
____________________________________________________________ ____________________________________________________________。

【答案】 (1)ACD
(2)Si 3N 4＋12HF===3SiF 4↑＋4NH 3↑ (3)3SiCl 4＋2N 2＋6H 2=====高温
Si 3N 4＋12HCl。