5.3无机非金属材料（导学案）（原卷版）

第五章《化学生产中的重要非金属元素》导学案第三节无机非金属材料【学习目标】1、通过阅读交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。2、通过自主学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。3、联系生活实际和现代科技成果，了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结构特点、性能和用途，感受化学就在身边，培养科学探究的精神和社会责任感。【学习重点】玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。【学习难点】硅酸盐的结构特点、高纯硅的制备方法及原理。【课前预习】旧知回顾：1.地壳中含量最多的元素是__,其次是_，含量占__，含量最多的金属元素是__。2.CO2是一种色__体，__溶于水，固态CO2俗称。CO2是____性氧化物，能与等反应，其化学（或离子）方程式为____________________________________________。新知预习：1.硅酸盐结构复杂，一般溶于水，性质很。最简单的硅酸盐是。硅酸盐可用氧化物的形式表示，如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为、镁橄榄石（Mg2SiO4）可表示为。硅酸盐的主要产品有、、。硅的主要用途是。2.分别写出SiO2与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式：；；与Na2CO3反应：固体高温条件下。3.新型无机非金属材料具有一些特殊的功能。如含4%硅的硅钢具有性，主要用作；人工合成的硅橡胶是最好的的橡胶，用于；人工制造的分子筛，主要用作。【课中探究】情景导入：材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。（见PPT视频）一、硅酸盐材料活动一、硅酸盐的组成及结构含有元素：任务一、阅读教材P19页内容，回答含有元素：性能：性能：无机非金属材料分类：分类：应用应用：②硅酸盐组成表示方法：【注意】①书写形式：②化学计量数例如：任务二、讨论交流：结合教材“资料卡片”，思考硅酸盐的结构、性质、用途有何特点？【对应练习】1．下列说法正确的是（）①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③2．我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是（）选项ABCD文物名称《四羊方尊》国家博物馆《千里江山图》故宫博物院《青铜神树》三星堆博物馆陶兵马俑秦始皇博物馆活动二、三种常见的硅酸盐产品任务一、阅读教材P2021页内容，思考制备三种常见的硅酸盐产品的制作原理及主要原料、设备、成分分别是什么？填写表格内容。①三种常见硅酸盐产品的性能及应用：硅酸盐产品性能应用陶瓷玻璃水泥②三种常见的硅酸盐产品的制备比较：硅酸盐产品原料反应原理主要设备主要成分陶瓷发生复杂的物理和化学变化（不作要求）－玻璃水泥发生复杂的物理和化学变化（不作要求）任务二、问题探究：（1）工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？（2）根据反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，能否证明硅酸的酸性比碳酸强？若不能，又该如何证明？【对应练习】1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品，玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2．下列说法不正确的是（）A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率二、新型的无机非金属材料活动一、硅和二氧化硅任务一、阅读课本P21最后两自然段，思考硅在自然界的存在、结构、用途和制备方法分别是什么？完成表格内容。①硅的存在、结构及用途：存在结构周期表中位置用途含量存在形态结构示意图：空间结构：②高纯硅的制备a.制备流程:b.制备原理（主要化学反应）：任务二、问题探究：（1）碳和硅原子结构相似，为什么SiO2和CO2的物理性质差别很大，化学性质有哪些相同点和不同点？①SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因：②CO2和SiO2的比较：物质二氧化硅二氧化碳存在物理性质化学性质①与水反应②与酸反应③与碱液(NaOH)反应④与碱性氧化物反应⑤与碳反应用途（2）实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？【对应练习】1．下列关于SiO2的叙述正确的是（）①SiO2能与水反应生成硅酸②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化物⑤SiO2中硅元素为价，故SiO2具有氧化性⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤2.高炉冶炼的粗硅难以满足使用过程中的纯度要求，因此需对粗硅进行进一步的提纯。工业上采用Si与HCl在350℃左右反应生成SiHCl3，之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为128℃，沸点为33℃，且遇O2与H2O均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl3，其实验装置如下图所示，则下列说法正确的是（）A．工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅，发生的反应为SiO2+Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si+CO2↑B．使用浓H2SO4和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的脱水性C．冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl3冷凝为液体D．可以用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰活动二、常见两种新型无机非金属材料任务一、阅读教材P23页内容，结合“科学·技术·社会”栏目，回答常见新型陶瓷的种类、成分、性能及主要用途有哪些？填写表格内容。新型材料成分性能主要应用金刚砂磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料高温结构陶瓷用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等压电陶瓷用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等透明陶瓷用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷—用于电力、交通、医疗等领域任务二、阅读教材P2324页内容，回答常见碳纳米材料的种类、性能及用途有哪些？填写表格内容。碳纳米材料概念性能用途富勒烯—C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象,开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代,如用C60作车轮的“纳米汽车”。碳纳米管生产复合材料、电池和传感器等石墨烯在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究正在不断深入【对应练习】1.下列关于无机非金属材料的说法不正确的是()A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同2．北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能服饰、铝合金管材和光导纤维等等。下列有关说法中，不正确的是（）A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是二氧化硅C．制造芯片的关键材料是二氧化硅D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料【课后巩固】1．（易）教材作业：P25页练习2、3、4、52．化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误的是（）A．“天宫二号”空间运行的动力源泉——太阳能电池帆板，其核心材料为晶体硅B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有丁达尔效应C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化史上的诸多空白。青铜器的出土表明我国商代已经掌握冶炼铜技术D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅3.下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（）A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒4．我国科学家制得了二氧化硅超分子纳米管，其微观结构如图所示。下列叙述错误的是（）A．二氧化硅属于酸性氧化物 B．二氧化硅超分子纳米管不与任何酸反应C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 D．二氧化硅与碱的反应是非氧化还原反应5.下列说法不正确的是（）A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料C．光导纤维的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O6．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的工艺流程如图所示：下列说法正确的是（）A．硅在自然界中主要以游离态形式存在B．电弧炉中发生的反应为SiO2＋Ceq\o(,\s\up7(高温))Si＋CO2↑C．在还原炉里发生的反应中，还原剂是SiHCl3D．含60kgSiO2的石英砂，理论上最多可制得28kg高纯硅7．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起8.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)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为：___________