2019-2020年高中化学 专题3 第二单元 功能各异的无机非金属材料教学设计 苏教版选修1.doc

2019-2020年高中化学 专题3 第二单元 功能各异的无机非金属材料教学设计 苏教版选修1课标要求知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。课标解读细读课标要求，本节课仅让学生知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途，而光导纤维和新型陶瓷不作要求。教学地位本节课在本专题乃至整个化学与生活模块中的地位应是最低之一。因此本节课可以在教师引导下，由学生自学。(教师用书独具)新课导入建议日常生活你都使用过哪些无机非金属材料，见过哪些无机非金属材料，这些材料的主要成分是什么，它们又是怎样制造出来的？本节我们就学习无机非金属材料的成分、应用、功能等知识。教学流程设计课前预习安排：1.看教材P9297填写【课前自主导学】中的“知识1、生活中的硅酸盐材料”并完成【思考交流1】。看教材P9899，填写【课前自主导学】中的“知识2、光导纤维和新型陶瓷材料”并完成【思考交流2】。2建议方式：同学之间可以进行讨论交流步骤1：1.导入新课2本课时教学地位分析步骤2：建议对【思考交流】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究步骤3：师生互动完成探究1“传统硅酸盐材料”。互动方式：可利用问题导思所设置的问题，由浅入深进行师生互动。建议除例1外，再变换一下命题角度，设置一些备选例题以拓展学生的思路，可使用“教师备课资源”为您提供的备选例题步骤7：教师通过例2和教材P8999的讲解对探究2中的光导纤维、高温结构陶瓷的含义、成分、性能、用途进行总结步骤6：师生互动完成探究2“光导纤维和新型陶瓷材料”。互动方式：可利用问题导思所设置的问题，由浅入深进行师生互动。建议除例2外，可使用“教师备课资源”为您提供的备选例题以拓展学生的思路步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、5题，验证学生对探究点的理解掌握情况步骤4：教师通过【例1】和教材P9297的讲解对探究1中的水泥、玻璃、陶瓷的生产原料、生产流程、主要成分进行总结步骤8：在老师指导下由学生自主完成【变式训练2】和【当堂双基达标】中的3、4题验证学生对探究点的理解掌握情况步骤9：先由学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容。安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道陶瓷、玻璃和水泥的主要化学成分、生产原料及用途。2了解光导纤维和新型陶瓷的性能与用途。1.生产玻璃的化学原理。(重点)2变色玻璃的变色原理。(重点)3新型材料的性能和用途。(重难点)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陶器和瓷器(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Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。玻璃是混合物，没有固定的熔点。(2)变色玻璃的变色原理：变色玻璃中加入适量的溴化银和氧化铜。当在强光照射时，发生反应2AgBr2AgBr2，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃颜色呈现暗棕色。当光线变暗时，发生反应2AgBr22AgBr，使得玻璃颜色又变浅。4水泥水泥的成分和特性：硅酸盐水泥是以石灰石和黏土为原料，在水泥回转窑中高温煅烧后粉碎研磨而成。它的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙。水泥具有水硬性，可以做建筑材料。1秦代兵马俑属于陶器还是瓷器？【提示】属于彩陶制品。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SiO2，制备时发生的化学反应为SiCl4(g)O2(g)SiO2(s)2Cl2(g)。(2)光导纤维的用途：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；光纤可用于传输激光，在医疗方面有重要用途；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，如纳米陶瓷成功的解决了陶瓷易碎的问题。(3)功能陶瓷：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。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。2光缆和电缆相比有哪些优点？【提示】容量大，传输速度快，质量轻。传统硅酸盐材料【问题导思】制造普通玻璃的过程中涉及到氧化还原反应吗？【提示】没有水泥、玻璃、陶瓷有固定的熔点吗？【提示】没有，因为它们都是混合物。水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土生产阶段和主要化学方程式原料生料熟料成品原料熔化成型Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2混合成型干燥烧结冷却主要成分及种类硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOAl2O3)普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃种类：土器、陶器、瓷器、炻器等主要性能有水硬性：跟水掺和搅拌后凝固变硬、水中也能硬化玻璃态物质无固定熔点，在一定温度范围内软化抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘性强典型设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑共同特点高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷却后成为复杂的硅酸盐玻璃上镀银实验成功的关键点玻璃要干净。银镜反应过程中，不能搅拌溶液。即使是水浴加热，温度也不能过高，否则易出现黑银。根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是()原料一定是含硅元素的物质生成物是硅酸盐反应条件是高温发生复杂的物理、化学变化ABC D【解析】硅酸盐工业的主要特点是：生产原料是含有硅元素的物质；生产产品的物质类型属于硅酸盐；使物质发生变化的条件是高温；物质变化的类型，既有物理变化，又有多种复杂的化学变化。【答案】D普通玻璃、普通水泥、普通陶瓷都属于传统硅酸盐制品，从“硅酸盐制品”可以知道，它们必含有“硅、氧”两种元素。1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品制陶瓷和水泥都用的原料是石灰石陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABC D【解析】制陶瓷和水泥都用到黏土，错；水晶的主要成分是SiO2，错。【答案】C光导纤维和新型陶瓷材料【问题导思】在SiCl4(g)O2(g)SiO2(s)2Cl2(g)中，氧化产物是哪种物质？【提示】Cl2生物陶瓷有哪些优点？【提示】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，适合植入人体中，可用于人体器官和组织的修复或再造。光导纤维高温结构陶瓷含义从高纯度的SiO2的熔融体中拉出的直径为10 m的细丝具有特殊结构的耐高温陶瓷成分SiO2Si3N4、Al2O3、SiC、ZrO2等优良性能抗干扰性能好，通信质量高，信息传输量大，防窃听，密度小，耐腐蚀，易铺设维护密度小、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化及酸碱腐蚀重要用途优良的通信材料、用于医疗、信息传递、传能传像、遥测遥控和照明等领域制造发动机不怕高温、不需水冷、体积小、重量轻、热效率高，用于汽车制造业、航空航天工业等领域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【解析】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。【答案】C2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【解析】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。【答案】A【教师备课资源】材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()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【解析】金刚石的主要化学成分是碳。【答案】A人造骨是一种生物功能材料，它类似于人骨和天然牙齿的性质和结构，利用此类材料的生物特性，人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，在骨骼界面发生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼的牢固结合，人造骨植入人体内需要吸收人体中什么成分而形成新骨()ACa2BClCNa DCa2、PO【解析】人造骨是利用了其生物特性，根据人造骨类似于人骨和天然牙齿的性质和结构，人骨的主要成分是Ca3(PO4)2，所以从人体中吸收的是Ca2和PO。【答案】D无机非金属材料硅酸盐材料陶瓷水泥玻璃新型材料光导纤维新型陶瓷结构陶瓷功能陶瓷1下列不属于硅酸盐材料的是()A石英B黏土C普通玻璃 D普通水泥【解析】石英的成分是SiO2，SiO2不属于硅酸盐。【答案】A2下列说法错误的是()A花岗石的主要成分是KAlSi3O8B普通玻璃的主要成分是石英砂、碳酸钠和碳酸钙C变色玻璃中起变色作用的是AgBrDSiO2不与强酸反应，但能和氢氟酸反应【解析】普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，而石英砂、Na2CO3、CaCO3是制普通玻璃的原料。【答案】B3下列功能不属于结构陶瓷功能的是()A机械功能 B热功能C化学功能 D生物功能【解析】A、B、C三项属于结构陶瓷功能，生物功能属于功能陶瓷功能。【答案】D4有关材料的用途不正确的是()A高温结构陶瓷可以制作耐酸设备B氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备C氮化硅陶瓷可以制造轴承D光导纤维可用于传能传像、照明等【解析】氧化铝是高温耐火材料，可以制作耐高温设备。【答案】B5玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是_、_、_，粉碎后放入玻璃窑中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是_、_、_。(2)某玻璃中含Na2O、CaO、SiO2的质量之比为3128180，此玻璃的组成可表示为(填选项)_。ANa2OCaO6H2SiO3BNa2OCaO6SiO2C2Na2O2CaO9SiO2D6Na2O6CaOSiO2(3)我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为原料中混有Fe2的原因。在制玻璃的原料中，再加入下列物质后，可制得各种不同用途的玻璃。A氧化亚铜(Cu2O)B氧化钴(Co2O3)C氧化铅(PbO)D硼砂(Na2B4O710H2O)制造化学仪器的玻璃需加入的物质()。制造光学仪器的玻璃需加入的物质()。制造蓝色玻璃需加入的物质是()。制造红色玻璃需加入的物质是()。【解析】(1)记忆普通玻璃的原料和主要成分关键是记住生产普通玻璃的反应方程式：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2和CaCO3SiO2CaSiO3CO2。(2)n(Na2O)n(CaO)n(SiO2)116。(3)硼砂玻璃能耐酸碱腐蚀；光学玻璃常加PbO；Cu2O为红色；Co2O3为蓝色。【答案】(1)Na2CO3CaCO3SiO2CaSiO3Na2SiO3SiO2(2)B(3)DCBA1有关玻璃镀银实验的说法错误的是()A该实验的化学反应必须在碱性条件下进行B该实验的化学反应中葡萄糖是还原剂C为了加快镀银速率，水浴温度越高越好D该实验成功的关键之一是小试管要干净【解析】水浴温度应控制在5060 ，温度过高，银析出速率过快，会产生黑银(非晶态银)。【答案】C2(xx青岛高二质检)下列说法正确的是()A由于水泥是一种固体粉末，随便找一个东西盛起来就可以储存B建筑三峡大坝要用到1.082107 t的水泥，为节约开支，可购买价格低廉的水泥C只要是水泥就可以用来建大厦D在具体的建筑中，所用水泥的强度等级要符合要求【解析】水泥具有水硬性，能吸收空气中的水而硬化，且水泥具有一定的保质期，所以A、C两项错误。根据建筑物使用时间、环境及要求要用相应等级的水泥，否则易出现建筑事故。【答案】D3普通玻璃为Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔化在一起的物质，它的特征()A是一种纯净物，但没有固定熔点B是一种晶体C是一种较硬的物质，只在某一温度时软化D不是晶体，是玻璃态物质【解析】普通玻璃是一种复杂的混合物，不属于晶体，是玻璃态物质。【答案】D4下列说法中不正确的是()A新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高等特点B高温结构陶瓷与金属材料相比具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点C光导纤维作为通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便D光导纤维除用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理等许多方面【解析】光导纤维质量轻，便于铺设。【答案】C5下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A这是一种矿物胶，既不燃烧又不受腐蚀B在建筑工业上可作黏合剂C木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【解析】Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用做耐火材料。在空气中发生反应：Na2OnSiO2CO2mH2O=Na2CO3nSiO2mH2O。【答案】D6工业上生产水泥和玻璃都用到的一种原料是()A石英B纯碱C石灰石 D黏土【解析】生产水泥时用到的原料为石灰石、黏土，生产玻璃时用到的原料为纯碱、石灰石、石英，故共同用到的原料为石灰石。【答案】C7下列有关光导纤维的说法错误的是()A光纤可以传输激光B光纤可制造多种传感器C光纤通信的容量比微波通信大105107倍D用光缆代替通讯电缆可以节约大量有色金属【解析】光纤通信的容量比微波通信大103104倍。【答案】C8下列优点不属于生物陶瓷优点的是()A对肌体无免疫排异反应B无溶血、凝血反应C不会致癌D耐高温【解析】生物陶瓷是用于植入人体内修复或再造人体器官和组织，而人体温度在36.5 左右，因此生物陶瓷不需要耐高温。【答案】D9有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是 ()A高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料 B氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应C光导纤维是一种优良的导电材料D光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听【解析】高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身还具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等，所以A选项错误。氮化硅陶瓷是重要的结构材料，有许多优点，如耐腐蚀性较强，但可以跟氢氟酸反应，所以B选项错误。光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，且抗干扰能力好，不发生电辐射，能防窃听等，所以D选项正确。【答案】D10(xx镇江高二检测)实验室储存固体试剂可以放在广口瓶中，液体试剂放在细口瓶中，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的玻璃试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是()KOH溶液Na2CO3溶液盐酸氢氟酸澄清石灰水硝酸NaOH溶液A BC D【解析】玻璃中有SiO2，能与碱性溶液反应生成Na2SiO3。故盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃瓶中。【答案】D11物质A是光导纤维的成分，C是一种气体，D是白色沉淀。A、B、C、D之间的转化关系如下图所示。ABCH2OD根据图示关系回答(填化学式)：A是_，B是_，C是_，D是_。【解析】光导纤维的成分是SiO2，它与纯碱在高温下反应生成Na2SiO3和CO2。因为H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，所以Na2SiO3的水溶液与CO2反应生成白色沉淀H2SiO3和Na2CO3。H2SiO3受热分解产生SiO2。【答案】SiO2Na2SiO3CO2H2SiO312某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分为Al2O32SiO22H2O)来研制新型净水剂，其实验方案如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即是净水剂。(1)熔融时，主要成分与纯碱反应的化学方程式为(提示：Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似，NaAlO2溶于水)：_；_。(2)最后得到的沉淀物是_，生成沉淀的离子方程式为_。(3)实验室中常备的坩埚有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验熔融土样时应选用_坩埚。【解析】这是一道信息给予题，其实验步骤可整理表示如下：高岭土熔块残渣(弃去)滤液沉淀滤液(净水剂)(1)高岭土熔化时，其成分中的SiO2和Al2O3与Na2CO3反应生成Na2SiO3和NaAlO2。(2)熔块加水使Na2SiO3和NaAlO2溶解，与其他杂质分离，在过滤后的滤液中加入盐酸则使Na2SiO3、NaAlO2分别与过量的盐酸反应，生成H2SiO3沉淀和AlCl3溶液，过滤得滤液即为净水剂。(3)因为瓷坩埚中含有SiO2，氧化铝坩埚的主要成分是Al2O3，它们都能与Na2CO3在高温下发生反应，故熔融样品时只能用铁坩埚。【答案】(1)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2(2)H2SiO32HSiO=H2SiO3(3)铁13氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯度硅与纯氮在1 300 的条件下反应获得。(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是_。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(2)写出N原子的结构示意图_，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式_。(3)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_。(4)现用四氯化硅和氮气、氢气，在氖气保护下，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_。【解析】根据N原子和Si原子的原子结构及元素周期律的知识，可知N元素的非金属性比Si元素的强，故N与Si化合时，N显负价，Si显正价，而N的负价只有3价，Si的4价是稳定价态，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4，第(3)问可由SiO2与HF的反应类推。【答案】(1)ACD(2)7 Si3N4(3)Si3N412HF=3SiF44NH3(4)3SiCl42N26H2Si3N412HCl14(1)某型号水泥主要成分为Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，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：2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3，可得x4，y2，z6。(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)456石灰石、黏土(2)adbc15陶瓷的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑，现在，陶瓷已广泛应用于生活和生产中。(1)陶瓷不具有的性质是_。A可导电B耐酸碱C抗氧化 D耐高温(2)实验室中最常用的坩埚是_，熔融烧碱样品作实验时一般选用_坩埚。(3)在搪瓷和陶瓷器具表面的釉质中含有极微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金属盐类，为防止中毒，不能长期盛放下列物质中的_。A食用植物油 B酱油C食醋 D酒(4)工业上制备陶瓷的主要原料是_，我国陶都_的陶器和瓷都_的瓷器在世界上享有盛名。【解析】(1)陶瓷的主要特性有：抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等特点。(2)实验室中最常用的坩埚是瓷坩埚，加热时，NaOH能与瓷坩埚反应，所以熔融烧碱时，一般用铁坩埚。(3)食醋的主要成分是醋酸，能溶解铅、镉、锑等金属造成重金属离子中毒。(4)工业制陶瓷的主要原料是黏土。【答案】(1)A(2)瓷坩埚铁(3)C(4)黏土宜兴景德镇