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1、硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料知识精讲一. 本周教学内容：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
2、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（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）和铝酸三钙（3CaOA12O3）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）硅酸盐产品硅酸盐产品水泥玻璃主要设备水泥回转窑玻璃窑原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英（过量）反应原理复杂的物理-化学变化主要成份3CaOSiO2、2 CaOSiO2、3CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温 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
3、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：可表示为：A12O32SiO22H2O（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：
4、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。 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。 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：
5、除生铁坩埚以外的其他三种坩埚中均含有，高温下，烧碱能与发生如下反应而使坩埚受到腐蚀。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
6、，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：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。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。C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。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
7、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（），目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入制得和一种可燃性气体。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反应制得金属钛。 写出此反应的化学方程式 。 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、炭粉及和产物之一，可知另一产
8、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，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反应的产物为和。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，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： C 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
9、？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 请据下图回答，经数小时后U形管A、B
10、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、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产生气体，由于分子运动，可被足量的溶液吸收，发生化学反应。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（）的性质压力的变化大气压的作用，
11、最终得出正确的答案。答案：C例6（2003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：。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，将其加入过量的浓溶液中共热并蒸干，跟溶液反应生成，并放出氨气3.36L（标准状况）。 上述反应的化学方程式为 。 该样品中的的质量分数为 。（2）另取10.00g样品置于反应器，通入2.016L（标准状况），在高温下充分反应后测得气体的密度为（已折算成标准状况，不跟反应）。该样品中含杂质炭 g。精析：（1）设10g样品中含的质量为x，则由 41g 22
12、.4Lx 3.36L样品中的质量分数为（2）通入氧气的物质的量为：，所得气体的平均相对分子质量为：，故所得气体必为CO和的混合物，设CO、的物质的量分别为x、y，则根据氧原子守恒有 又根据平均摩尔质量的概念有 解得：该样品中含杂质碳的质量为答案：（1） 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； BGO中，锗处于其最高价态； 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； 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
13、中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：（1）锗和铋的元素符号分别是 和 。（2）BGO晶体的化学式是 。（3）BGO晶体中所含铋氧化物的化学式为 。精析：本题把当代最新科技发展与基础化学知识巧妙地结合在一起，考查了学生在化学式求算方面的基础知识和信息接受能力。由条件可知，Ge为价（因其位于A族），其氧化物为（联想C、Si）。由条件可知：Bi位于A族，最外层有5个电子，要达到最外层8电子稳定结构，每个Bi需和3个形成3个共价键，即。所以在BGO中，Bi为价，氧化物为。由条件可知：BGO中，因二种氧化物所含氧的总质量相同，所以，即。此题属信息给予题，既涉及了我国科学家的科技成果，又涉及到诺贝
14、尔奖获得者的工作领域。此题的起点虽然很高，但落点却较低，所给的信息都是可接受的，只要学生掌握好物质结构和元素周期律等知识，充分利用联想、迁移、分析、重组，就可解决题中问题。答案：（1）Ge Bi （2） （3）错解分析：把铋具有最外层8个电子稳定结构的氯化物确定为，从而确定BGO的化学式为。事实上，中的Bi不可能满足8电子稳定结构（共价化合物中原子满足8电子稳定结构的条件是：该原子的最外层电子数+共价键数=8）。 （答题时间：45分钟）一. 选择题：1. 过量的泥砂、纯碱和生石灰熔化后生成下列产品中的（ ） 水泥 玻璃 瓷器 混凝土 一种硅酸盐产品 A. 和B. 和C. D. 2. 钢化玻璃的用途之一是制造汽车车窗，合成钢化玻璃的主要原料是（ ） A. 石灰石、纯碱、黏土、硼砂B. 纯碱、石灰石、石英C. 碳酸钾、石灰石、石英D. 水玻璃、石灰石、石英、氧化铅3. 在水泥中，加入石膏的目的是（ ） A. 加强水泥的机械强度B. 调节水泥的硬化速度C. 增加水泥洁白程度D. 降低水泥的成本4. 水泥和玻璃工业的共同原料是下列物质中的（ ） A. 黏土B.
