非金属材料(教案)
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材料测试与表征(无机非金属材料)
Introduction to Analysis and Characterization of Materials
材料测试与表征概述
内容
本课程的目的 本课程的内容 材料测试与表征的内容 材料测试与表征的基本原理和意义 材料组成的研究方法 材料结构的研究方法
叶建东 材料学院
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本课程的目的
本课程的内容
? X射线衍射（XRD）
掌握材料组成分析和结构表征的方法、原理 以及它们在无机材料研究中的应用。
? X射线荧光光谱（XRF） ? 电子显微镜（SEM、TEM、EDS、WDS) ? 电子能谱（XPS、AES） ? 扫描探针显微镜（SPM） ? 热分析（DSC、DTA、TG） ? 分子光谱（FTIR、RS） ? 原子光谱（AAS、AES）
材料测试与表征的内容
材料测试与表征的基本原理和意义
利用波、光、粒子与物质作用时所产生的 现象（如吸收、发射、散射、反射、干涉和衍 射等）来分析材料的组成、表征材料的结构， 为弄清材料的组成、结构及它们与性能的关系， 为设计、合成和制备新材料、改善材料的性能 提供依据。
组成分析（元素组成、化合物组成、物相组成） 结构分析（原子结构、分子结构、晶体结构、 显微结构、表面形貌） 状态分析（化学态） 表面分析 微区分析
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材料测试与表征的作用
材料制备 配方 (原料) 工艺 组成 性能 结构 材料设计 应用
材料组成的研究方法
化学分析法：各种滴定法、各种分离法等 光谱分析法：紫外、红外、荧光、原子光谱等 色谱分析法：气相、液相、凝胶色谱等 热谱分析法：DSC、DTA、TG等 电子能谱分析法：XPS、AES等 X射线分析法：XRD、XRF、EDS、WDS等 图像分析法：偏光显微术、BSE 、EDS、AES等
基本原理
基本原理
化学分析法：主要利用化学反应及其计量关系 来进行分析。
光谱分析法：以特定或不同波长的电磁波与物 质相互作用为基础，根据物质内部能级跃迁所产生 的发射光谱、吸收光谱或散射光谱的波长和强度进 行定性分析、定量分析以及结构分析。
分子的能量和对应的电磁波段
分子的能量由3个方面构成： 电子的能量 核 / 分子的振动能量 分子的转动能量 与它们相当的电磁波的波长分别为数百nm、几十μm 及数百μm，相应的波段分别属可见紫外区，近、中红外 区，远红外及微波区。
电磁波各光谱区及对应的分析方法
光谱区
波长λ （nm）
波数
(ν ) / cm ?1
频率(ν) （Hz）
无线电波 1013~1010 10-6~10-4 105~109 微波 红外光 可见光 紫外光 X 射线 109~106 106~103 10-3~101 109~1011
量子跃迁 能级 电子和核 10-10~10-5 的自旋 10-5~10-3 分子转动 能量 (eV)
对应分析 方法 核磁共振 顺磁共振
101~104 1012~1014 10-2~100 分子振动 红外光谱 8×102~4× 1.3×104~ 1 可见光谱 3.8×1014~1015 1.6~10 价电子 2 4 10 2.5×10 2 4 4×10 ~1× 2.5×10 1 2 15 16 10 ~1.5×10 10 ~10 内层电子 紫外光谱 ~105 102 102~10-2 106~108 1016~1018
L 层电子 X 射线光谱 103~106 K、
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无机非金属材料的主角——硅重点知识归纳及典型习题
重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 全国教育科学“十五”规划重点课题“网络教学的设计与评价研究” 南海一中子课题 《基于网络环境下化学教学资源呈现方式研究》 《无机非金属材料的主角—硅》第一课时 教学案例 关镜青詹海东佛山市南海区第一中学 528251 一、设计理念 在当代的教育理念中，建构主义是比较符合学生认知规律的一种教育观念，它所强调的是学生主动学习，在学习过程中获得新知识。新课程改革下，这种理念更得到了升华。学生不仅仅学习知识本身，而且在学习过程中掌握获得知识的技能，在探索中获得成功和喜悦和成就感，从而增强学习欲望，进而形成终身学习的习惯。当代的化学教育就是要培养学生这种化学情感，养成探究学问的习惯，在学习中，学会团队协作，解决共同问题。以及通过集体讨论完成学习任务。 社会的不断发展，网络的出现使得这种的学理念得到实现。本着学生为主体，教师为主导教学思想的真正实施，在建构主义理论的指导下，化学学科开始进行网络教学，让学生在信息探索中获得知识。那么，师在教学上如何把握资源分配，如何处理信息，如何把课堂需要的资源，以一种更有效的方式呈现给学生，这些都要教师在实践中不断创新。根据这几年来教学模式发展，根据资源不同的性质及其呈现的效果的差异，以及学生认知心理特点，新教材资源的呈现总结有：主动式、交互式、情景式、建构式、日志式。 本课程学习主要针对网络课程资源呈现方式的不同变换对求学者学习效果的影响入手，研究课程资源策略，以最优化的方式呈现给学习者，本课程主要是以《硅》这节书为载体，在建构主义理论指导下，开展一下列课程研究。 通过一系列研究，我们可以得到有用的信息反馈，为以后的科研探究中积累经验，或在研究中摸索出一种模式，从而更好地指导网络课程的开展。 二、教学分析 1、教材分析 本节内容节选自本节内容选自《普通高中课程标准实验教科书（必修）Ⅰ》第四章第一节的内容。考虑本节是常见无机物及其性质等知识的后继，既是学习元素化学的深化，也是为下阶段学习元素递变规律、元素周期表打下了良好基础。所以，在结构上属于学生探究知识为主的一节书，那么本节书尝试通过网络学习来完成这节书的学习。由于本科所涉及的单质和化合物与社会、生活、健康、环境的关系十分紧密，而且将科学精神和人文精神融合其中。所以，在教学中，注意合理引导学生的时代感和价值观。特别是课文中的思考与交流可以启发和引导学生进行主动建构，充分发挥学生课堂主体地位，又可充分发掘教师的主导作用，这样更能激发学生学习的兴趣和情感。 2、学生分析 常用非金属材料 非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥及近代无机非金属材料等）和各种复合材料等。本章主要介绍高分子材料、陶瓷和复合材料。 工程材料仍然以金属材料为主，这大概在相当长的时间内不会改变。但近年来高分子材料、陶瓷等非金属材料的急剧发展，在材料的生产和使用方面均有重大的进展，正在越来越多地应用于各类工程中。非金属材料已经不是金属材料的代用品，而是一类独立使用的材料，有时甚至是一种不可取代的材料。 第一节高分子材料 高分子材料又称为高聚物，通常，高聚物根据机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。 一、塑料 按照应用范围，塑料分为三种。 1．通用塑料 通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格低，它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于日常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。 （1）聚乙烯（PE） 生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产量最大的品种。聚乙烯的相对密度小（0.91～0.97），耐低温，电绝缘性能好，耐蚀性好。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜；低压聚乙烯质地坚硬，可作一些结构零件。聚乙烯的缺点是强度、刚度、表面硬度都低，蠕变大，热膨胀系数大，耐热性低，且容易老化。 （2）聚氯乙烯（PVC） 聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙烯，广泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一定的毒性。聚氯乙烯要用于制作食品和药品的包装，必须采用共聚和混合的方法改进，制成无毒聚氯乙烯产品。 （3）聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是三十年代的老产品，目前是产量仅次于前两者的塑料品种。它有很好的加工性能，其薄膜具有优良的电绝缘性，常用于电器零件；它的发泡材料相对密度小（0.33），有良好的隔音、隔热、防震性能，广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚苯乙烯易加入各种颜料制成色彩鲜艳的制品，用来制造玩具和各种日用器皿。 （4）聚丙烯（PP） 聚丙烯工业化生产较晚，但因其原料易得，价格便宜，用途广泛，所以产量剧增。它的优点是相对密度小，是塑料中最轻的，而它的强度、刚度、表面硬度都比PE塑料大；它无毒，耐热性也好，是常用塑料中唯一能在水中煮沸、经受消毒温度（130℃）的品种。但聚丙烯的粘合性、染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用而变质，且易燃，收缩大。聚丙烯有优良的综合性能，目前主要用于制造各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，它还被广泛用于制造各种家用电器外壳和药品、食品的包装等。 2．工程塑料 工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、ABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。 （1）聚酰胺（PA） 聚酰胺又叫尼龙或锦纶，是最先发现能承受载荷的热塑性塑料，在机械工业中应用比较广泛。它的机械强度较高，耐磨、自润滑性好，而且耐油、耐蚀、消音、减震，大量用于制造小型零件，代替有色金属及其合金。 1无机非金属材料测试技术是研究和解决如何测定无机非金属材料的成份、结 构和性能的一门学科。它是一门技术方法课，是无机非法金属材料专业的一门 重要的专业技术课 2利用光学显微镜可以对材料的显微结构(100-0.2μm的结构)进行研究。超显 微(0.2~0.01μm)的结构和微观结构(＜0.01μm的结构) 3测试技术是材料质量检测的必要手段,研制出来的材料、生产出来的材料其成分、结构、性能是否达到使用要求，是否达到用户要求，是否达到行业标准、 国家标准、国际标准，必须采用一定的测试手段进行检测后才能得出结论。 4这种射线实际上是一种与无线电波、可见光、紫外线、γ射线类似的电磁波，它具有以下几个性质： 1. 波长极短 2. 具有波粒二象性 3. 穿透力极强 4. 对生物细胞有很强的破坏作用 5按成因可将X-Ray分为两类谱线：1连续X射线谱：成因：高速运动的电子 撞到阳极时突然减速，动能转变为光能释放出来。特点：有一个最短波长λ0， 在大于最短波长的某一范围内，其波长连续变化。用途：劳埃法用其作光源。 2特征X射线谱;成因：原子的内层电子被激发造成电子跃迁。特点：由若干条 特定波长的X-Ray构成，波长不连续。用途：X-Ray衍射分析的主要光源；元 素成分分析。 6当外层电子往内层空位跃迁时，其多余的能量不是以X-Ray的形式释放出来，而是传给原子的外层电子使之脱离原子，变成自由电子。这个过程称为俄歇作用。由俄歇作用产生的自由电子称为俄歇电子。 7X射线与物质相作用有散射（相干散射、不相干散射）、光电吸收、萤光散射、俄歇电子。 8相干散射：当X光子与原子内的紧束缚电子碰撞时，X光子仅改变运动方向，能量没有损失。这种散射线的波长与入射线的波长相同，并具有一定的相位关系，它们可以互相干涉，形成衍射图样，故称相干散射。X-Ray衍射分析就是 利用这种散射。 9非相干散射：当X光子与自由电子或束缚很弱的电子碰撞时，不仅运动方向 发生变化，而且能量也发生变化。不相干散射线由于波长各不相同，因此不会 互相干涉形成衍射线。 10被X射线击出壳层的电子即光电子。 9布拉格方程 2dsinθ=λ 11光电效应：X-Ray把原子中处于某一能级的电子打飞，使之脱离原子成为具 有一定能量的光电子，使原子处于激发状态，而它本身则被吸收。这个过程称 为光电吸收或光电效应。 化学无机非金属材料的专项培优易错试卷练习题及答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．某一固体粉末含有SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中加入过量盐酸，过滤，将所得滤渣洗涤并灼烧至恒重，最终固体成份为 A．SiO2B．Fe2O3、SiO2 C．SiO2、Al2O3D．Fe2O3 【答案】A 【解析】 SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中含有硅酸钠、偏铝酸钠，加入过量盐酸，生成硅酸沉淀，将所得滤渣洗涤并灼烧生成二氧化硅，故A正确。 2．蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述正确的是 A．沉淀X的成分是SiO2 B．将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3 C．在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到沉淀是Fe(OH)3 D．溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+ 【答案】A 【解析】 【分析】 金属氧化物MgO、A12O3、Fe2O3会溶于盐酸，生成氯化镁、氯化铝以及氯化铁，过滤后，得的沉淀X是二氧化硅，溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，向Y 中加入过量的氢氧化钠，会生成氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠等。 【详解】 A、沉淀X的成分是SiO2，A正确； B、将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到MgO、Fe2O3的混合物，B错误； C、溶液Y中加入过量的NaOH溶液后过滤，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠，沉淀是氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，C错误； D、溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，含有的阳离子主要是 Mg2+、Al3+、Fe3+、H+，D错误； 答案选A。 3．青石棉（cricidolite）是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理 第四章第一节硅、无机非金属材料教学案( 第一课时） 班级姓名 【教学目标】1、了解硅和二氧化硅在自然界中的物理性质和存在，用途。 2、掌握硅和二氧化硅的化学性质。 3、活动探究，通过硅与碳、二氧化硅与二氧化碳的比较，培养学生的 归纳能力、比较能力。 4、培养学生学习元素化合物的正确方法：结构决定性质、性质决定用途。【重点】１、硅和二氧化硅的物理、化学性质 ２、硅和二氧化硅的特殊性质 【难点】硅和二氧化硅的性质、结构 【学习过程】一、半导体材料和单质硅 【联想】计算机的芯片，传导电话、电视的光缆，化学实验室里的玻璃仪器，你 能想像的出它们都是以硅或硅的化合物为材料制成的吗？ 质疑：除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属 材料吗？自然界中的岩石、沙子、土壤是由什么构成？ 【想一想】碳和硅在结构上有何相同点和不同点？（填表） 原子结构示意图常见的化合价在自然界中的存在形式C Si 【阅读】阅读课本P(107-109)回答以下问题： １、传统无机非金属材料有哪些？，，等 ２、地壳中含量最多的元素是，排第二位的是，含量最多的金属是 3、半导体材料特指导电能力的一类材料。 最早使用的半导体材料是。 现在多使用硅做半导体材料为什么？ ４、单质硅有，两种，它们是硅元素的。 【小结】硅物理性质 5、硅常温下化学性质，除外，它不易与其 他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。在加热条件下，能与某些非金属单 质发生反应。 a.常温下 （注：非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅与氢氟酸反应放出氢气） b.加热或高温下 6、工业 制备及提纯硅反应方程式 （注：无论焦炭量是多还是少，二氧化硅和炭反应的产物都是一氧化碳） 7在自然界中硅只能以 形式存在，常见的化合物有 ， 8硅有哪些用途？ 二、二氧化硅和光导纤维 【知识回顾】 二氧化碳 与水反应 与NaOH 反应 与CaO 反应 与酸反应 氧化性 【阅读】 阅读课本P 109答以下问题：请通过模型观察二氧化硅的结构填空： 二氧化硅晶体中每1个Si 原子周围结合 个O 原子， 在中心, 在四 个顶点，同时每1个O 原子与 个Si 原子相结合，形成空间网状晶体。 １、二氧化硅具有什么样的物理性质？哪些常见的物质主要成分是二氧化硅？ ２、从物质分类的角度来看，二氧化硅属于哪类物质，预测它能与哪些物质反应？ SiO 2能与水反应生成相应的酸吗？为什么？ Si+2F 2= Si+4HF= Si+2NaOH+H 2O= Si+O 2==== Si+2Cl 2===== △ △ 高温 SiO 2+2C == Si+2Cl 2 ==SiCl 4 高温 高温 SiCl 4+2H 2==Si+4HCl 高中化学--硅酸盐与无机非金属材料练习题 1．生产普通玻璃所用的原料不包括( ) A．石英B．黏土 C．纯碱D．石灰石 答案 B 解析生产普通玻璃所用的原料是石英、纯碱和石灰石，不包括黏土。 2．下列有关水泥的说法不正确的是( ) A．制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土 B．普通水泥的主要成分是钙的硅酸盐和铝酸盐 C．水泥具有水硬性 D．混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物 答案 A 解析制造水泥的原料中没有纯碱，A错误。普通水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙等，B正确。混凝土的成分是水泥、沙子和碎石，D正确。 3．唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于( ) A．氧化铝B．二氧化硅 C．硅酸盐D．合金 答案 C 解析唐三彩、秦兵马俑制品属于硅酸盐产品。 4．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克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大的强度 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都是硅酸盐 答案 D 解析新型无机非金属材料的主要成分并不是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D错误。 5．下列物质是纯净物的是( ) A．玻璃B．水泥 C．纯碱D．水玻璃 答案 C 解析玻璃、水泥均是多种硅酸盐的混合物；水玻璃是Na 2SiO 3 的水溶液，也是混合物； 纯碱是Na 2CO 3 ，为纯净物。 6．中国的瓷器驰名世界，传统陶瓷是以黏土[主要成分为Al 2Si 2 O 5 (OH) 4 ]等天然硅酸盐为 主要原料烧成的制品。下列有关说法不正确的是( ) A．黏土也是制备玻璃的原料之一 B．黏土的主要成分可以表示为Al 2O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O C．陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料 D．传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同 答案 A 解析制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱，不包括黏土，A错误。 7．(1)三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。 三硅酸镁晶体的化学式为Mg 2Si 3 O 8 ·n H2O。 用氧化物的形式表示三硅酸镁的化学式：________________________。 (2)无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两类。下列属于传统无机非金属材料产品的是__________________。 ①玻璃②氮化硅陶瓷③砖瓦④硅芯片⑤光导纤维⑥水泥 答案(1)2MgO·3SiO 2 ·n H2O (2)①③⑥ 解析(1)用氧化物的形式表示硅酸盐时，应注意书写顺序：活泼金属的氧化物、较活泼金属的氧化物、二氧化硅、水。 (2)光导纤维的主要成分是二氧化硅，硅芯片是高纯度的硅。②④⑤都是新型无机非金属材料。 8．下列溶液中①碳酸钠溶液，②氢氟酸，③氢氧化钠溶液，④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是( ) A．①③ B．②④ C．②③ D．①④ 答案 A 解析①、③中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的SiO 2 反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启。氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃试剂瓶中。 2021人教版选修2课题1《无机非金属材料》word 教案 ●了解传统的硅酸盐工业的生产特点，明白其生产原理和产品的要紧成分。 ●能举例说明无机非金属材料的特点。 ●讨论社会进展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学进展的促进作用。 〔知识梳理〕 1．生产陶瓷的要紧原料是，其要紧生产过程为：混合→成型→干燥→烧结→冷却。陶瓷的要紧性质有、、、、。 2．制造一般玻璃的原料有、、，发生的要紧反应的化学方程式是、。 3．制造一般硅酸盐水泥的原料有、、。一般硅酸盐水泥的要紧成分是、、、。 水泥在空气中能吸水硬化，在水中也能硬化，即具有性，因此是水下工程不可缺少的材料。水泥、沙子和碎石等的混合物叫，它的膨胀系数与钢筋相当，因此它常用钢筋作结构，增大强度。 4．氮化硅是一种新型的无机非金属材料，它的制造方法有多种，一种方法是将高纯硅与纯氮气混合，在1300℃条件下反应制得，化学方程式为；也能够用四氯化硅和氮气在氢气爱护下反应制得，化学方程式为。5．工业上用二氧化硅和碳在电炉中反应能够制得硅，反应的方程式为，但如此制得的硅纯度不高，要制得高纯硅，能够将上述粗硅与氯化氢气体在250～300℃条件下反应，制得三氯硅烷，提纯后的三氯硅烷被高纯度的氢气还原，即能够得到高纯硅。写出以上反应的化学方程式、。6．写出二氧化硅和碳在电炉中加热至高温生成碳化硅（金刚砂）的化学方程式 ，反应中的氧化剂和还原剂的质量之比是。 7．1985年，科学家发觉了C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，因此又叫足球烯。1991年科学家又发觉了一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状分子。用你学到的化学知识回答下列问题： ⑴C60因此称为足球烯，是因为分子中有键，因此C60能够与氢气发生反应。 ⑴金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管物理性质是否相同？，缘故是 【化学】化学无机非金属材料的专项培优练习题 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．“试玉要烧三日满，辨材须待七年期”是唐代诗人白居易的名句，下列有关“玉”的说法正确的是 A．玉的成分是石灰石B．玉能与盐酸反应放出CO2 C．玉的熔点较高D．玉的成分是金刚砂 【答案】C 【解析】 【分析】 玉的成分是硅酸盐，玉的硬度比河砂小，“试玉要烧三日满”的意思是检验“玉”的真假要烧满三日，说明“玉”的熔点较高，据此分析解答。 【详解】 A．玉有软玉和硬玉两种，软玉和硬玉的成分都是硅酸盐，石灰石成分为碳酸钙，不属于硅酸盐，故A错误； B．玉的成分都是硅酸盐，不是碳酸盐，与盐酸反应不能放出CO2，故B错误； C．“试玉要烧三日满”的意思是检验“玉”的真假要烧满三日，说明“玉”的熔点较高，故C正确； D．金刚砂是人工制成的碳化硅，玉的成分是硅酸盐，故D错误； 答案选C。 2．青石棉（cricidolite）是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO。下列说法正确的是（） A．青石棉中含有石英晶体 B．青石棉是一种易燃品且易溶于水 C．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O·5FeO·8SiO2·H2O D．1mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗6L 3mol/L HNO3溶液 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A．青石棉属于硅酸盐材料，没有石英晶体，故A错误； B．青石棉属于硅酸盐材料，不易燃，也不溶于水，故B错误； C．根据题给信息可知，青石棉中铁元素的化合价有+2价和+3价两种，根据原子守恒和化合价不变的思想，化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O?3FeO?Fe2O3?8SiO2?H2O，故C错误； D．6L 3mol/L HNO3溶液中硝酸的物质的量为18mol，青石棉用稀硝酸溶液处理时，亚铁离子被氧化为铁离子，硝酸被还原为一氧化氮，又1molNa2Fe5Si8O22（OH）2中3mol含亚铁离子，所以根据得失电子守恒氧化亚铁离子生成铁离子消耗1molHNO3，又青石棉中的 常用金属材料和非金属材料的标注 （试行稿） 1 范围 本标准规定了汽车、发动机图样中常用金属材料和非金属材料的标注方法。 本标准适应于长城汽车股份有限公司生产的汽车、发动机所用二维图样上材料的标注。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 见标准各章节 3 常用金属材料的标注方法 3.1 钢板 3.1.1 标注方法 钢板厚度 钢板品种规格标准号 △△－GB（Q/BQB）××× 厚钢板 △△－GB（Q/BQB）××× 钢板技术条件标准号 钢板所用钢号 尺寸精度等级 钢板厚度 钢板品种规格标准号 △－△－GB（Q/BQB）××× 钢板 △△－△－△－GB（Q/BQB）×××钢板技术条件标准号 拉延级别 钢板所用钢号 表面质量级别 注1：尺寸精度等级、拉延级别、表面质量等级可以不注，不注按最低级别供应。 注2：钢板的品种规格标准号 GB/T 709 3.1.2 标注示例 钢板的标注示例见表1。 表1 常用钢板的标注 表1（续）常用钢板的标注 3.2 型钢 3.2.1 圆钢、六角钢的标注方法 3.2.1.1 热轧圆钢、六角钢 钢材尺寸（圆钢为直径、六角钢为内切圆直径） 钢材品种规格标准号 △△－GB（Q/BQB）××× 圆钢 （六角钢）△△－GB（Q/BQB）××× 钢材技术条件标准号 钢材所用钢号 3.2.1.2 冷拉圆钢、六角钢 无机非金属材料测试方 法复习、厂 .S-. / ' 1// Document serial number【KK89K?LLS98YT$惑HHuT?SST108】技鼻位 M：拉???允9入射光频*ZS? W对?Ht：? 匍射图中ft个忻?线的绝对《皮的比ffl? <必考: 釈分妙E：扣除？!老《?坊衍?峰下的《W??? *?消光：把由J：匚=0??衍?线右規?消央的现彖称为系烷涓允?<■炽 XW线衍射方Kh ftAttWT波的丸ftgJd波长???的力向- 【化学】化学 无机非金属材料的专项 培优练习题附详细答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．下列说法中正确的是 A ．水玻璃和石英的主要成分都是SiO 2 B ．Si 、SiO 2和SiO 32-等均可与NaOH 溶液反应 C ．二氧化硅属于酸性氧化物，不溶于任何酸 D ．高岭石[Al 2(Si 2O 5)(OH)4]可表示为Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A ．水玻璃的主要成分是硅酸钠，石英的主要成分是SiO 2，故A 错误； B ．Si 、SiO 2均可与NaOH 溶液反应，但SiO 32-不能与NaOH 溶液反应，故B 错误； C ．二氧化硅属于酸性氧化物，二氧化硅能溶于氢氟酸，故C 错误； D ．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属的氧化物→较不活泼金属的氧化物→二氧化硅→水，则高岭石[Al 2(Si 2O 5)(OH)4]可表示为 Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ，故D 正确； 答案选D 。 2．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是 A ．Fe 2Cl 点燃???→FeCl 2NaOH(aq)????→Fe(OH)2 B ．H 2SiO 3Δ??→SiO 2盐酸?????→ SiCl 4 C ．浓盐酸二氧化锰Δ ????→Cl 2石灰乳?????→漂白粉 D ．NH 32O 催化剂，Δ??????→NO 水????→H NO 3 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A ．氯气具有强氧化性，与铁反应生成三氯化铁，不能一步反应生成氯化亚铁，故A 错误； B ．硅酸受热分解生成二氧化硅，二氧化硅与HCl 不反应，不能转化为SiCl 4，故B 错误； C ．二氧化锰与浓盐酸反应生成氯气，氯气与石灰乳反应生成氯化钙和次氯酸钙，可以制得漂白粉，物质间转化均能实现，故C 正确； D .氨催化氧化生成NO ，NO 与水不反应，不能转化为硝酸，故D 错误； 故选C 。 3．《青花瓷》冲所描述的“瓶身描述的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图 《无机非金属材料的主角──硅》教学设 计 《无机非金属材料的主角──硅》教学设计 1．指导思想与理论依据 高中化学新课程着眼于学生发展、社会发展和学科发展的需要，强调密切联系社会生活实际，关注化学发展的前沿，注重化学与生活、社会、技术之间的相互影响和相互联系，高度重视实验与探究，倡导自主、探究、合作的学习方式。 因此，本节课在内容安排上突破传统的物质中心模式，不再追求元素化合物知识系统（存在、组成、结构、性质、制法、用途）的完整，而是注重STS教育，从学生已有的生活经验出发，引导学生学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。这样的学习顺序符合学生的认知规律，有利于学生的学习。 2．教学内容分析 （1）主要内容 本课时位于化学必修1的第四章第一节，主要内容是二氧化硅和硅酸。本节课的主线是： 本节课重点介绍了硅酸凝胶的制取方法、硅胶的用途以及二氧化硅的重要性质和用途。 （2）地位与作用 硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章“金属及其化合物”内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，本节教学采用主线为“硅酸盐──硅酸──二氧化硅(硅的亲氧性)──硅单质(应用)”的纵向学习方法，有别于第三章的横向对比学习法，丰富了元素族概念及元素性质的递变规律的形成，为元素周期律、元素周期表的学习积累了丰富的感性材料，同时，也为以后学习选修模块2 “化学与技术”中的第三单元“化学与材料的发展”奠定了知识基础。 本节内容与生产生活、材料科学、信息技术等联系较为密切，知识面广，趣味性强，能使学生真正认识化学在促进社会发展，改善人类的生活条件方面所起的重要作用，全面地体现了化学学科的社会应用价值。通过本节的学习，有利于贯彻STS教育的观点，激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。 （3）教材处理 本节课从生活中常见的干燥剂入手，创设问题情景，激发学生的学习兴趣和求知欲，进而主动接受学习任务；通过探究实验，体验硅酸的制取，进一步了解硅胶和变色硅胶；通过对比碳和硅原子结构的相同点和不同点，认识二氧化硅的结构，采用比较的方法学习SiO2的化学性质，并把硅及其化合物在信息技术、材料化学等领域的应用和发展融合在性质的介绍中，从而让生活在信息技术时代的学生体会到常见硅及其化合物知识的价值，深刻理解硅成为无机非金属材料的主角的原因，激发学生对材料科学的兴趣和求知欲望，全面体现化学课程的科学教育功能。 【化学】化学 无机非金属材料的专项 培优练习题含答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．下列叙述正确的是 ①久置于空气中的氢氧化钠溶液，加盐酸时有气体产生 ②浓硫酸可用于干燥氢气、碘化氢等气体，但不能干燥氨气、二氧化氮气体 ③Na 2O 2与水反应，红热的Fe 与水蒸气反应均能生成碱 ④玻璃、水泥、水晶项链都是硅酸盐制品 ⑤浓硫酸与铜反应既体现了其强氧化性又体现了其酸性 ⑥氢氧化铁胶体与氯化铁溶液分别蒸干灼烧得到相同的物质 A ．①④⑤ B ．①⑤⑥ C ．②③④ D ．④⑤⑥ 【答案】B 【解析】 试题分析：①久置于空气中的氢氧化钠溶液和空气中的CO 2反应生成变为碳酸钠，碳酸钠可以和盐酸反应生成氯化钠、水以及二氧化碳，①正确；②浓硫酸具有吸水性和强氧化性，浓硫酸可用于干燥中性、酸性且不具有还原性的气体，不能干燥还原性的碘化氢气体，不能干燥碱性气体如氨气等，②错误；③红热的铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，没有碱生成，③错误；④玻璃、水泥主要成分是硅酸盐，都是硅酸盐制品，水晶的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐制品，④错误；⑤浓硫酸具有酸性、吸水性、脱水性和强氧化性，浓硫酸与铜反应既体现了其强氧化性又体现了其酸性，⑤正确；⑥氯化铁属于强酸弱碱盐，溶液中铁离子水解生成氢氧化铁和HCl ，加热促进水解，氯化铁胶体加热会聚沉，两者均产生红褐色沉淀氢氧化铁，灼烧后产物都是三氧化二铁，⑥正确．答案选B 。 考点：考查常见物质的性质与用途。 2．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是 A ．Fe 2Cl 点燃???→FeCl 2NaOH(aq)????→Fe(OH)2 B ．H 2SiO 3Δ??→SiO 2盐酸?????→ SiCl 4 C ．浓盐酸二氧化锰Δ ????→Cl 2石灰乳?????→漂白粉 D ．NH 32O 催化剂，Δ??????→NO 水????→H NO 3 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A ．氯气具有强氧化性，与铁反应生成三氯化铁，不能一步反应生成氯化亚铁，故A 错误； B ．硅酸受热分解生成二氧化硅，二氧化硅与HCl 不反应，不能转化为SiCl 4，故B 错误； C ．二氧化锰与浓盐酸反应生成氯气，氯气与石灰乳反应生成氯化钙和次氯酸钙，可以制得 无机非金属材料教案 第三节无机非金属材料 ●教学目标 使学生对硅酸盐工业及一些产品和新型无机非金属材料有大致印象。 使学生认识到化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。用科学的奇妙和威力激发学生学习化学的兴趣。 通过介绍我国材料科学发展的成就，对学生进行爱国主义教育。 通过社会及科学技术的发展对新型材料的要求，培养学生的社会责任感。 ●教学重点 水泥、玻璃、陶瓷工业的发展及其在现代国民经济中的主要地位 新型无机非金属材料的特点、用途和发展 ●教学难点 激发学生的求知欲 培养学生热爱科学的情感 ●课时安排 课时 ●教学方法 实物展示、启发诱导、引导归纳、自学、讲述、实验 ●教学用具 录像机、投影仪 普通玻璃片、红色玻璃片、蓝色玻璃片各一块，普通玻璃管、被碰损的搪瓷碗或杯，稀盐酸、酒精喷灯、火柴、图片、高压钠灯、光导纤维玩具。 ●教学过程 课时 ［引言］请同学们看以下一些住宅图，并注意它们各自的构成材料。 ［图片展示］图片1：原始人居住的洞穴 图片2：用茅草搭起来的房屋 图片3：用树枝、泥巴盖起来的房子 图片4：用石头砌起来的石屋，用木棍、木板搭起来的房子 图片5：用砖、水泥等盖的住宅 图片6：高楼大厦 图片7：现代居室 ［问］大家看了这些图片以后，想到了什么? ［生］甲：人类社会是越来越进步的。 乙：所用材料越来越高级。 丙：人类智慧的力量是无穷的。 丁：人类可以在自然条件材料的基础上进行再加工。 戊：人类加工自然资料的技术越来越高，以至于根本看不出它们的本来面目。 …… ［师］大家回答得很好。以上图片说明这样一个事实，即在人类社会发展的过程中，大自然馈赠予人类的材料，已远远不能满足人类社会发展的需求。为了人类自身发展的需要，人们总是在大自然的馈赠之外，用自己的聪明才智和勤劳的双手，不断地研制、创造着各种各样的新材料，以满足人类物质文明和科学技术不断发展的需要。 人类使用和制造材料有着悠久的历史，从制造出种材料——陶开始，发展到今天，材料的品种越来越多，各种材料组成了一个庞大的材料家族。 在材料家族中，有一类非常重要的材料叫无机非金属材料。 ［板书］第三节无机非金属材料 ［引言］请大家看录像机展示的这些物品。 ［录像机展示］水泥、住宅玻璃、汽车、火车的车窗玻璃、挡风玻璃、各种颜色的玻璃、光学仪器玻璃、器皿玻璃、缸、罐、茶具、瓷质餐具、卫生设施、艺术饰品。 ［师］录像机刚刚展示的这些物品可谓琳琅满目。大家是否能想到，这些形态不一，用途各异的物品却源自于同一必修1-4-1《无机非金属材料的主角——硅》教学案例
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无机非金属材料教案