2022年高中化学 化学与材料的发展（第14课时）《传统硅酸盐材料》三案一课学案 新人教版选修2

2022年高中化学 化学与材料的发展（第14课时）传统硅酸盐材料三案一课学案 新人教版选修2【学习目标】1.了解硅酸盐工业及一些产品。2.掌握制造水泥、玻璃的主要原料、主要成分及制玻璃的反应原理。3.了解几种玻璃的性能及用途。4.了解陶瓷的制作过程及用途。【重点难点】几种传统硅酸盐材料的制造过程或生产原理和主要成分课前预习【情景材料】人类建筑的变迁：阴冷潮湿的洞穴破败不堪的茅草屋简陋粗糙的石屋水泥、钢筋建的砖瓦房。其中的陶瓷、水泥、普通玻璃是材料家族中一大类材料-无机非金属材料，由于陶瓷、 水泥、普通玻璃的主要成分是硅酸盐，因此称此无机非金属材料为硅酸盐材料。我国早在8000年前便发明了制陶技术，是世界上最先烧造和使用陶器的国家之一。陶瓷的发明是人类科技发展史上一个重要里程碑，是人类第一次学会用黏土等天然物为主要原料经过复杂的物理化学变化制造出的一种重要的人造材料。瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以 “CHINA”这同一种字母拼音表示。【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：一、传统硅酸盐材料1传统硅酸盐工业(1)概念：以 为原料，经加热制成 产品的工业叫做硅酸盐工业。如制造 、 、等产品的工业。(2)特点： 强， 高，熔点高， 溶于水，绝缘，耐腐蚀等。2陶瓷(1)制造陶瓷的主要原料： 。(2)制造陶瓷的一般过程： 、 、 、 、 、成品陶瓷器。(3)种类(根据原料、烧制温度划分)： 、 、 。3玻璃(1)主要生产原料： 、 、 。(2)反应原理(用化学反应方程式表示)： ； 。(3)主要工序： 、 、 和 。(4)普通玻璃的成分： 、 和SiO2熔合在一起而形成的玻璃态物质。 ，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎，破碎时 ，不易伤人。4水泥(普通硅酸盐水泥)(1)主要生产原料： 和 。(2)普通水泥的成分： 、 、 和 等。(3)生产过程：(4)特性：水硬性。即可以在 硬化。预习内容答案一、1.硅酸盐或硅的氧化物 硅酸盐 陶瓷、玻璃、水泥 稳定性 硬度 难2黏土 混合 成型 干燥 烧结 冷却 土器、炻器、瓷器3.石英砂 石灰石 纯碱 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2热熔 澄清 成型 缓冷 Na2SiO3 CaSiO3 把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却 没有尖锐的棱角4.石灰石 黏土 硅酸三钙 酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸钙 石灰石、黏土 生料，熟料空气和水中堂中互动【问题探究1】硅酸盐组成复杂表达形式通常有哪几种？【教师点拨】参考必修1课本P77的资料卡片硅酸盐组成的表示。分析解答:硅酸盐的两种书写方式由于硅酸盐的种类多，结构复杂，表示它们的组成较复杂，除简单的硅酸盐如Na2SiO3等用盐的形式表示外，绝大多数常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示。把硅酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式的方法是：xMOnSiO2mH2O如果有(OH)n时，其中MO表示金属氧化物，x、n、m均由组成中有关原子的个数决定。复杂硅酸盐改写成氧化物的顺序为碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水，一定要记住改写的顺序。 【即学即练1】某些含结晶水的铝硅酸盐失水后成为多孔的晶体，这些孔穴能让气体和液体中直径比孔道小的分子通过，而将大分子留在外面，起着“筛分”的作用，因此有“分子筛”之称，某沸石分子筛，其主要成分为Na2H8AlxSi2O12，它可以用氧化物形式来表示，其中正确的是() A. 2Na2OAl2O34SiO24H2O B. Na2OAl2O32SiO24H2O C. Na2OAl2O3SiO2H2O D. 2Na2OAl2O32SiO24H2O 1.B【解析】根据正负化合价的代数和为零，可得x=2，故改写成氧化物的形式应为Na2OAl2O32SiO24H2O。【问题探究2】传统硅酸盐材料为为什么具备稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。【教师点拨】从物质结构来分析。分析解答：传统硅酸盐产品以黏土、石英、钾长石和钠长石为原料。原料中一般都含有SiO44，硅氧结构的特点：稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等。【即学即练2】在下列粒子中，其形状不是正四面体的是()AP4 BSiO44 CCH4 DCH3Cl2.D【解析】P4、SiO44和CH4的形状都是正四面体，CH3Cl的形状不是正四面体。【问题探究3】常见的传统硅酸盐材料有哪几种？【教师点拨】阅读教材P48-51找到答案分析解答：常见的几种硅酸盐材料：【即学即练3】过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成()水泥玻璃瓷器混凝土一种硅酸盐产品A.和B.和 C. D.3.B【解析】总结水泥的主要成分是2CaOSiO2、3CaOSiO2和3CaOAl2O3，其生产原料为黏土、石灰石。混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱、生石灰在高温下发生如下反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，SiO2CaOCaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品，故答案为B。【问题探究4】少量玻璃粉末放入试管中，向其中加入少量蒸馏水，振荡，加入12滴酚酞汰浓液，观察现象。思考为什么会出现这种现象？【教师点拨】从玻璃的成分出发，看物质的电离情况与是否水解？分析解答：玻璃粉末溶液呈碱性，遇到酚酞呈淡红色或红色。【即学即练4】将足量的CO2气体通入下列澄清溶液中，最终为澄清的是（ ） A.苯酚钠溶液 B.氯化钙溶液 C.水玻璃 D.饱和Na2CO3溶液 4.B【解析】碳酸的酸性强于苯酚的，且常温下苯酚不溶于水，CO2气体通入苯酚钠溶液，生成苯酚，出现浑浊，A错；CO2 通入CaCl2溶液中，不能生成CO32-离子，没有沉淀生成，B是澄清的；碳酸的酸性强于硅酸的，且硅酸不溶于水，CO2 通入Na2SiO3溶液中有沉淀硅酸生成，C是浑浊的；过量的CO2通入饱和Na2CO3溶液中，发生Na2CO3+ CO2+H2O=2 NaHCO3，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，饱和溶液中有NaHCO3晶体析出，D是浑浊的；答案为B。 练案A组（课堂反馈 满分50分）一、选择题（每小题5分，共35分）1.月球上有丰富的绿柱石（绿宝石）矿藏，其主要化学成分为BenAl2Si6O18也可用氧化物形式表示为nBeOAl2O36SiO2，其n值为（ ）A1 B.2 C.3 D.4 1.C【解析】本题考查了硅酸盐组成的表示方法。根据元素化合价代数和为0得：4+2x+4y=222+2，只有B符合题意。方法一：BenAl2Si6O18化学式化合价代数和为零可求得n=3。方法二：BenAl2Si6O18与nBeOAl2O36SiO2为同种物质的化学式的不同写法，根据氧原子守恒，也可求得n=3。2.假设原子晶体SiO2中Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石。则正长石的化学组成为() A. KAlSiO4 B. KAlSi2O5 C. KAlSi3O8 D. KAlSi4O10 2.C【解析】根据题目条件因二氧化硅中有25%的硅原子被铝原子取代，不足的由钾原子补充，故对应的各粒子的物质的量之比为n(K)n(Al)n(Si)n(O)=2525752=1138，所以对应的化学式为KAlSi3O8。3.下列说法中，正确的是()A.制陶的主要原料是石英砂 B.制作陶器一般分为制泥、成型、干燥、烧成等步骤C.制陶过程中温度越高越好，这样制得的陶器牢固D.在氧化气氛中烧制得灰陶，在还原气氛中得红陶3.B【解析】制陶的原料是黏土，故A错误。制陶过程中温度不能太高，太高会使陶器变形，故C错误。在氧化气氛中，铁元素以Fe2O3的形式存在，得红陶，在还原气氛中，铁元素以FeO的形式存在，得灰陶，故D错误。4.根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()以含硅物质作为原料主要产物是硅酸盐反应条件是高温 反应原理是复杂的物理和化学变化A. B.C. D.4.C【解析】陶瓷在生产过程中使用含硅酸盐的原料，在高温条件下发生的是复杂的物理(熔化)、化学变化(硅酸盐参与的反应)，产品的主要成分是硅酸盐。5.金属陶瓷是一种广泛应用于高科技的复合材料，合成方法是将陶瓷(主要成分为Al2O3、ZnO2等耐高温材料)和黏结金属(主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属)研磨混匀成型后，高温烧结使金属仍然以单质的形式存在于金属陶瓷之中，据此判断合成工艺必须 ()A在氧气中合成 B.在HCl气氛中合成C在氮气气氛中合成 D在空气中合成5.C【解析】由题给信息“高温烧结使金属仍然以单质的形式存在”知C正确，其他三个选项所列举的反应条件均会使黏结金属以化合物的形式存在，如在高温下氧气与金属反应生成氧化物、在HCl气氛中金属变成氯化物。6.下述六种工业生产，其中必需用到石灰石作为原料的是( )用海水为原料提取镁；制硅酸盐水泥；制普通玻璃；冶炼生铁； 制漂白粉； 接触法制硫酸， A. B. C. D. 6.A【解析】制水泥的原料是：石灰石、粘土；玻璃的原料：石灰石、石英、纯碱。接触法制硫酸的原料是黄铁矿和空气，在接触法制硫酸中不用石灰石，而其余五种生产均用到。7.材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅7.A【解析】 A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。二、填空题（共15分）8.(6分) 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如钾长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此后反应的离子方程式为：2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K+2HCO3+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4.（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成 KAlSi3O8_ Al2Si2O5(OH)4_（2）上述反应能够发生的原因是_。8.（1）K2OAl2O36SiO2 Al2O32SiO22H2O （2）较强的酸能制较弱的酸反应。【解析】（1）将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“”将它们合起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成。在某种（或几种）氧化物前加合适系数。（2）分析反应前后物质的种类可知属于酸与盐发生的复分解反应，由于酸性H2CO3H4SiO4，发生了较强的酸制较弱的酸反应。9.(9分) A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。9(1)4(2)SiO2SiO22CSi2CO(3)CaSiO3Na2SiO3【解析】由“A为地壳中含最仅次于氧的非金属单质，其晶体结构与金刚石相似”，推知A为Si，根据BAE，BC，BDH2O，不难推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。B组（课后拓展）1.1798年法国化学家对绿柱石和祖母绿进行化学分析发现了铍。已知绿柱石是一种呈绿色的硅酸盐，可表示BexAlySimOn(x、y、m、n均为自然数)，其中阴离子部分结构如图所示(已知表示硅酸根离子SiO44)。下列说法不正确的是() A阴离子化学式为：Si6O1812B绿柱石可用氧化物形式表示为：3BeOAl2O36SiO2C绿柱石可表示为Be3Al2Si3O12D绿柱石可溶于强碱和氢氟酸1.C【解析】根据表示SiO44，可判断绿柱石的阴离子化学式为Si6O1812，A项正确；绿柱石写为氧化物为：3BeOA12O36SiO2，B项正确；C项中氧原子个数不是18，C项不正确；BeO、Al2O3、SiO2均能溶于强碱和氢氟酸，D项正确。2.已知某一硅酸盐可表示为Mga(Si4O10)(OH)b(其中a、b为正整数)，试回答：(1)a与b应满足的关系是(写表达式)_ _。(2)a能否等于2？_(填“能”“不能”或“无法确定”)(3)a3的硅酸盐的表达式(以氧化物的形式表示)_。2.(1)2ab4(2)不能(3)3MgO4SiO2H2O【解析】(1)根据化合价规则，可列式为：2a44210b，化简为2ab4。(2)令a2，则b0，故不能。(3)当a3时，b2，Mga(Si4O10)(OH)b为Mg3(Si4O10)(OH)2，改写为氧化物的形式为3MgO4SiO2H2O。3.含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。（1）在元素周期表中，A位于 族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为 。A与B在原子的电子层结构上的相同点是 。（2）易与C发生化学反应的酸是 ，反应的化学方程式是 。（3）将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。写出生成D和F的化学反应方程式： 要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是（ ）A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚 C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚（4）100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是 。3.（1）A 最外层均有4个电子，最内层均有2个电子（2）氢氟酸 SiO2+4HF= SiF4+2H2O(3)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2，Na2SiO3+CO2+H2O= Na2CO3+H2SiO3ABC (4)50%【解析】(1)A元素单质可做半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，比硅相对原子质量小的同族元素为碳。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料、普通玻璃、石英玻璃以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好或过量，与CaCO3反应方程式只有一个，即CaCO3SiO2 CaSiO3CO2。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3 CaOCO2。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系式求解：CaCO3CO2 ， m(CaCO3)50 g，混合物中CaCO3的质量分数： 100%50%。