最新高中化学-高一化学新型无机非金属材料 精品

第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料【同步教育信息】一. 本周教学内容：第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料二.知识目标：初步了解“硅酸盐工业”；初步了解制水泥的主要原料和生产过程、水泥的主要成分和性质；了解制玻璃的主要原料和主要反应。

三. 能力目标：通过对水泥工业的教学，培养学生的自学能力和表达能力。

四. 德育目标：使学生逐渐形成正确的科学社会观，即使学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境、资源再生等与现代社会有关的化学问题，具有社会责任感。

通过对玻璃、陶瓷工业现状及前景的介绍，激发学生学习兴趣。

五. 重点难点：普通玻璃的化学反应原理作为知识目标中的重点，但更重要的是培养学生的能力及科学情感和科学思想。

六. 知识分析：（一）硅酸盐工业简介1. 水泥普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·Si02)、硅酸二钙(2CaO·Si02)和铝酸三钙(3CaO·A1218)等。

2. 玻璃玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。

玻璃没有固定的熔、沸点。

3. 比较水泥和玻璃的生产方法（见下表）硅酸盐产品4. 陶瓷（1）制造陶瓷的主要原料：粘土。

（2）制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器（3）陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分)：土器、陶器、瓷器、炻器等。

硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示例高岭石：A12(Si218)(OH)4可表示为：A1218·2Si02·2H20（二）新型无机非金属材料：1. 无机非金属材料的分类（1）传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

（2）新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。

2. 新型无机非金属材料的特性（1）耐高温、强度高（2）具有电学特性（3）具有光学特性（4）具有生物功能3. 高温结构陶瓷（1）高温结构陶瓷的优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。

（2）高温结构陶瓷的种类：①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。

可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。

②氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。

可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。

③碳化硼陶瓷：具有熔点高、硬度大的优点。

广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。

4. 光导纤维（光纤）（1）光导纤维的特点：传导光的能力非常强，抗干扰性能好，不发生电辐射等。

（2）光导纤维的应用：通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等【典型例题】[例1] 熔融烧碱应选用的器皿是（）A. 石英玻璃坩埚B. 普通玻璃坩埚C. 生铁坩埚D. 陶瓷坩埚精析：除生铁坩埚以外的其他三种坩埚中均含有2SiO ，高温下，烧碱能与2SiO 发生如下反应O H SiO Na NaOHSiO 23222++熔融而使坩埚受到腐蚀。

答案：C小结：本题主要考查运用化学反应O H SiO Na NaOH SiO 23222+=+来分析实践情况的能力。

实验中所用加热器皿的选择，既要考虑器皿材料的熔点，又要考虑材料与所盛物质之间能否发生化学反应。

[例2] 有A 、B 、C 三种不溶于水的固体。

A 是某元素的一种单质，它在氧气中完全燃烧得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，另外测得这种气体密度为同温、同压下氧气密度的1.375倍。

B固体能溶于热氢氧化钠溶液，再往所得溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀。

此沉淀干燥后，成为不溶于水的白色粉末，这是一种比碳酸酸性还弱的酸。

将B 与石灰石、纯碱按比例混合加热得到C ，C 在高温时软化，无固定熔点。

根据以上事实，判断A 为哪种元素的单质？B 、C 各是什么物质？写出有关反应的化学方程式。

精析：A 物质燃烧后生成的气体的相对分子质量为：44375.132=⨯该气体能使澄清石灰水变浑浊，所以该气体为二氧化碳，A 为碳元素的一种单质。

22CO O C 点燃+ 根据B 物质能与氢氧化钠反应，且能继续与过量的盐酸反应生成一种比碳酸还弱的酸，可推出B 物质为二氧化硅。

O H SiO Na NaOH SiO 23222+=+↓+=+323222SiO H NaCl HCl SiO NaC 物质由石灰石、纯碱和B 物质（二氧化硅）混合加热而得，结合C 物质在高温时软化且无固定熔点，可推知C 物质为普通玻璃。

↑++232232CO SiO Na SiO CO Na 高温 ↑++2323CO CaSiO SiO CaCO 高温答案：略 小结：本题考查学生通过物质在化学变化中发生的现象和性质，推断物质的能力。

先求出A 燃烧后生成的气体的相对分子质量，根据该气体的相对分子质量及其反应现象可推出单质A ；再根据B 的有关反应现象可推出B ；最后根据制取C 的方法及C 的性质可推出C 。

[例3] 钛（Ti ）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强酸反应。

红热时，却可与常见非金属单质反应。

钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。

地壳中含钛矿石之一称为金红石（2TiO ），目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入2Cl 制得4TiCl 和一种可燃性气体。

该反应的化学方程式为 ，该反应的还原剂是 。

第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与4TiCl 反应制得金属钛。

① 写出此反应的化学方程式 。

② 如何由上述所得产物中获取金属钛？简述步骤。

精析：由反应物金红石、炭粉及2Cl 和产物之一4TiCl ，可知另一产物为碳的氧化物，又知该气体可燃，故为CO 。

显然，Ti 的化合价不变，2Cl 中氯元素的化合价降低，化合价升高的是碳元素，因而C是还原剂。

利用上述思路可得镁与4TiCl 反应的产物为Ti 和2MgCl 。

因反应中镁是过量的，故在反应后的混合物中提取钛须除去镁粉和2MgCl ，加足量的盐酸充分反应后过滤，将滤渣用蒸馏水洗涤可得钛。

答案：CO TiCl Cl C TiO 222422+++高温 C① 2422MgCl Ti Mg TiCl +=+② 加入足量的盐酸除去过量金属镁，过滤，并用蒸馏水洗净固体即得金属钛。

小结：本题考查学生利用题给信息结合所学知识解决实际问题的能力。

从题干中筛选出重要信息：（1）钛在常温下不和非金属、强酸反应，故用盐酸溶解镁粉；（2）过量的镁与4TiCl 反应，故反应后镁有剩余。

[例4] 普通柴油机是由什么材料制造的？为什么普通柴油机都有一个水箱？有了水箱会产生什么后果？要克服这些缺点，理想的材料可用氮化硅陶瓷，它具有哪些优良性能？精析：通过该题对非金属无机材料特性分析（承受高温、高强度、电学特性、光学特性、生物特性等）来理解现代科学技术的作用。

此题是和人们生活密切相关的实物分析，既体现了联系实际又考查了学生分析综合能力。

答案：普通柴油机是由钢铁制成的。

为了冷却降温，普通柴油机都有一个水箱。

但水箱的使用，会使热效率降低。

理想的材料可采用氮化硅陶瓷，它是一种高温结构陶瓷，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、不易传热等优点，用它做的柴油机，不需用水冷却，热效率高，目前只有我国等少数国家能够制造这种柴油机。

[例5] 请据下图7—9回答，经数小时后U 形管A 、B 两处的液面会出现下列哪种情况。

（实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响）（ ）A. A 处上升，B 处下降B. A 、B 两处都下降C. A 处下降，B 处上升D. A 、B 两处都不变精析：此题是一道物理、化学、生物知识的综合应用问题，考查了呼吸作用、分子的运动、2CO 的化学性质、压强差等问题。

本题中小白鼠呼吸时消耗瓶中的2O 产生2CO 气体，由于分子运动，2CO 可被足量的NaOH 溶液吸收，发生化学反应O H CO Na CO NaOH 23222+=+。

从而造成容器内气压降低，引起U 形管中水面A 处下降，B 处上升。

解答本题的关键是弄清小白鼠呼吸作用出现后，引起的一系列物理、化学变化。

其过程为：呼吸→分子运动→碱（NaOH ）的性质→压力的变化→大气压的作用，最终得出正确的答案。

答案：C[例6]（2018·上海）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。

其制取原理为：CO AlN C N O Al 323232+++高温。

由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。

为测定该产品中有关成分的含量，进行了以下两个实验：（1）称取10.00g 样品，将其加入过量的NaOH 浓溶液中共热并蒸干，AlN 跟NaOH 溶液反应生成2NaAlO ，并放出氨气3.36L （标准状况）。

① 上述反应的化学方程式为 。

② 该样品中的AlN 的质量分数为 。

（2）另取10.00g 样品置于反应器，通入2.016L （标准状况）2O ，在高温下充分反应后测得气体的密度为134.1-⋅L g （已折算成标准状况，AlN 不跟2O 反应）。

该样品中含杂质炭 g 。

精析：（1）设10g 样品中含AlN 的质量为x ，则由↑+=++322NH NaAlO O H NaOH AlN41g 22.4Lx 3.36Lg LL g x 15.64.2236.341=⨯= 样品中AlN 的质量分数为%5.61%1001015.6=⨯g g （2）通入氧气的物质的量为：mol mol L L O n 09.04.22016.2)(12=⋅=-，所得气体的平均相对分子质量为：11113200.304.2234.1----⋅<⋅=⋅⨯⋅mol g mol g mol L L g ，故所得气体必为CO 和2CO 的混合物，设CO 、2CO 的物质的量分别为x 、y ，则根据氧原子守恒有mol y x 209.02⨯=+ ①又根据平均摩尔质量的概念有1130)(123209.0--⋅=+++⋅⨯mol g yx y x mol g mol ② 解①②得：g mol y mol x 10,02.0,14.0==该样品中含杂质碳的质量为g mol mol mol g 92.1)02.014.0(121=+⨯⋅-答案：（1）① ↑+=++322NH NaAlO O H NaOH AlN ② 61.5%（2）1.92[例7] BGO 是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。

已知；① BGO 中，锗处于其最高价态；② 在BGO 中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构；③ BGO 可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO 晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。