1、第4章材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料第2课时教学设计2【教学目标】1 知识技能目标掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途，了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能、用途。2 方法与过程目标学习从不同的角度出发对常见材料进行分类的方法，能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质。3 情感态度与价值观目标通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习，利用学生对高科技的浓烈兴趣，激发学生对化学的兴趣，通过对我国从古到今，从烧制陶瓷到现代科技成就的介绍，培养学
2、生的民族自豪感。【教学过程】提问：1.玻璃刀的刀头是什么材料制作的？（人造金刚石）； 2.机械手表上的“19钻”字样是什么意思？（人造红宝石的数目）； 3.气炉中电子打火用的是什么材料？（压电陶瓷）； 4.在的长途电话信号是通过什么传输的？（光导纤维）一、硅酸与硅酸钠1.硅酸 白色难溶于水的粘性固体，酸性比碳酸还弱得多2.硅酸钠：（1）其水溶液俗称水玻璃，粘性极强，可用作矿物胶（2）向其水溶液中通入二氧化碳可析出硅酸白色沉淀CO2+ Na2SiO3 + H2O = H2SiO3 +Na2CO3 （3）实验室里存放氢氧化钠溶液的试剂瓶的瓶塞不能用玻璃塞，原因就是防止玻璃中的二氧化硅与氢氧化钠反应
3、生成粘性硅酸钠从而使瓶塞很难打开二、硅酸盐与无机非金属材料1、玻璃 （1）成分：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅 （2）性质：无一定熔点，在一定温度范围内软化，软化时可制成各种形状 （3）制备原料：碳酸钠、碳酸钙、二氧化硅 （4）制备过程中的主要化学反应： Na2CO3 + SiO2 CO2 + Na2SiO3 CaCO3 + SiO2 CO2 +CaSiO32.水泥（1）成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙（2）性质：水硬性（3）用途：建筑材料（4）制备原料：石灰石、粘土 3.陶瓷（1）制备原料：粘土等（2）陶器特点：粗松多空，有吸水性，常用作盆罐等器皿（3）瓷器特点：组织致密，几乎不吸水，耐酸碱侵蚀
4、，主要用作装饰、建筑等材料三、传统无机非金属材料：如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料对比。产品水泥玻璃陶瓷设备水泥回转窑玻璃窑-原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂的物理化学变化Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2、CaCO3SiO2CaSiO3CO2。复杂的物理化学变化主要成分3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2-性质特点水硬性无固定熔点，不属于晶体-四、新型无机非金属材料 新型无机非金属材料很多，现列举几种：压电材料；磁性材料；导体陶瓷；激光材料，光导纤维；超硬材料（氮化硼）；高温结构陶瓷；生物陶瓷（人造骨头、人造血管）等等
5、1.高温结构陶瓷（1）氧化铝陶瓷例如：高压钠灯。外罩是玻璃，里面的灯管是氧化铝陶瓷，是一种高温结构材料。高压钠灯内温度高达1400，同时钠蒸气具有很强的腐蚀性。展示：坩埚、高温炉管。让学生概括出氧化铝陶瓷的主要性能和用途。可以看书、交流。讲解：性能：熔点高、硬度大、透明、耐高温；用途：坩埚、高温炉管、刚玉球磨机、高压钠灯管管（2）氮化硅陶瓷例如陶瓷柴油机说明：氮化硅陶瓷也是一种高温结构陶瓷，我国等少数先进国家，已经用它制造出来陶瓷柴油机。其优点：超硬物质，具有润滑性，耐磨性抗腐蚀性强，高温也能抗氧化。当然，还有其他高温结构材料，如碳化硼陶瓷等等。2.新型无机非金属材料有哪些特性？（1）承受高温
6、，强度高；（2）具有光学特性；（3）具有电学特性；（4）具有生物功能。五、检测题1. 下列说法中，正确的是()A. 硅晶体是一种重要的半导体材料，在常温下，单质硅易与氧气反应，所以自然界中不存在游离态的硅。石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，最有潜力的应用是成为硅的替代品用来生产未来的超级计算机B. 电解水制氢比光催化还原水制氢更节能环保、更经济C. 为迎接G20峰会，全温州市努力植树造林，节能减排防治PM2.5，PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5纳米的可吸入颗粒物D. 某些铝硅酸盐形成的分子筛中有许多笼状空穴和通道，常用于分离、提纯气体或液体混合物，
7、还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等2. 下列说法不正确的是()A. 单晶硅是石英的主要成分 B. 钠钾合金可用于快中子反应堆的热交换剂C. 小苏打可用于焙制糕点 D. 水玻璃暴露在空气中会发生变质3. 下列说法正确的是()A. 硅材料广泛应用光纤通讯B. 工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C. 水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应4. 硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是；（2）陶瓷、水泥和玻璃是常
8、用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有 ；（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：发生的主要反应电弧炉SiO2+2CSi+2CO流化床反应器Si+3HClSiHCl3+H2还原炉SiHCl3+H2Si+3HCl用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为 ；碳化硅又称，其晶体结构与相似。在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和；物质SiSiCl4S
9、iHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为；（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是。 5. (1)想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出一个与它们同类的物质()A光导纤维 B有机陶瓷 C人造纤维 D砖瓦(2)下列物质中，属于新型无机非金属材料的是()A钢化玻璃 B碳化硼陶瓷 C光导纤维 D硼酸盐玻璃(3)人造骨是一种新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然骨的性质结构，这是利用了这类材料的_特性，人造骨骼可以依靠从人体体液中补充某些离子
10、形成新骨，可在骨骼界面发生分解、吸收、析出等反应，实现骨髓的牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中的_形成新骨。ACa2 BCl CNa DPO6. 请根据物质的实际应用填空：（1）常用于制造红色油漆的原料_（填“Fe2O3”或“Fe3O4”）（2）可用于制备硅胶和木材防火剂的是_（填“Na2SiO3”或“Na2SO4”）（3）将SO2通入紫色石蕊试液中，溶液变红，说明SO2的水溶液具有_（填“漂白”或“酸”）性。参考答案1. 【解析】A石墨烯具有非同寻常的导电性能，而硅是半导体，所以石墨烯的应用不是成为硅的替代品，但常温下硅与氧气不反应，故A错误；B光催化更环保经济，电解需耗费大量能源，故
11、B错误；C1nm=10-9m，1微米=10-6m，2.5纳米远小于2.5微米，PM2.5不是指直径小于或等于2.5纳米的可吸入颗粒物，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，故C错误；D某些铝硅酸盐形成的分子筛中有许多笼状空穴和通道的结构，结构决定其常用于分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等，故D正确；故选D。【答案】D2. 【解析】A二氧化硅是石英的主要成分，故A错误；B钠钾合金具有良好的导热性，可用与快中子反应堆的热交换剂，故B正确；C小苏打不稳定，受热分解生成二氧化碳，所以可以焙制糕点，故C正确；D水玻璃暴露在空气中能够与二氧化碳反应生成硅酸和碳
12、酸钠而发生变质，故D正确；故选A。【答案】A3. 【解析】盐酸和石英不反应；水晶项链的主要成分为SiO2而不是硅酸盐；粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应，Si(粗)2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si(纯)4HCl。【答案】A4. 【解析】（1）加热石英砂、木炭和铁时，得到的为合金。（2）生产普通玻璃的主要原料为石英、纯碱和石灰石。（3）石英砂和焦炭在电弧炉中高温中反应生成碳化硅，方程式：SiO2+3CSiC+2CO；碳化硅俗称金刚砂，其晶体结构与金刚石类似。比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体、SiH2Cl2、SiH3Cl
13、为气体，沉降除去产物中的固体后，冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏可分离二者。SiHCl3极易水解：SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl。【答案】（1）含有硅、碳的铁合金（或硅铁）（2）石英、纯碱和石灰石（3）SiO2+3CSiC+2CO金刚砂金刚石（或单晶硅） 精馏（或蒸馏） H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl（4）H2、HCl5. 【解析】(1)传统无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷，其中砖瓦是陶的一种，所以选D。(2)新型无机非金属材料的品种较多，如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等属于高温结构陶瓷，所以选B
14、、C。(3)新型无机非金属材料具有耐高温特性、电学特性、光学特性和生物特性，人造骨是利用了其生物特性。根据人造骨类似人骨和天然骨的性质和结构人骨的主要成分是Ca3(PO4)2，应从人体中吸收Ca2和PO。【答案】 (1)D(2)BC(3)生物AD6. 【解析】Fe2O3呈红色；Na2SiO3不燃烧；SO2与水反应生成亚硫酸。（1）Fe2O3呈红色，所以常用于制造红色油漆的原料是Fe2O3。 （2）Na2SiO3不燃烧，可用于制备硅胶和木材防火剂的是Na2SiO3。（3）SO2与水反应生成亚硫酸，将SO2通入紫色石蕊试液中，溶液变红，说明SO2的水溶液具有酸性。氧化铁是红色氧化物、氧化亚铁是黑色氧化物、四氧化三铁是黑色氧化物。【答案】Fe2O3 Na2SiO3 酸
