文档内容
第五章《化学生产中的重要非金属元素》导学案
第三节 无机非金属材料
【学习目标】1、通过阅读交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要
用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。
2、通过自主学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非
金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。
3、联系生活实际和现代科技成果，了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结构特
点、性能和用途，感受化学就在身边，培养科学探究的精神和社会责任感。
【学习重点】玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃
的主要成分。
【学习难点】硅酸盐的结构特点、高纯硅的制备方法及原理。
【课前预习】
旧知回顾：1. 地壳中含量最多的元素是_ _,其次是_ ，含量占_ _，含量最多的金属元素是_
_。
2.CO 是一种 色 __体，_ _溶于水，固态CO 俗称 。CO 是__ __性氧化物，能与
2 2 2
等反应，其化学（或离子）方程式为
____________________________________________。
新知预习：1.硅酸盐结构复杂，一般 溶于水，性质很 。最简单的硅酸盐是 。硅
酸
盐可用氧化物的形式表示，如硅酸钠（NaSiO ）可表示为 、镁橄榄石（MgSiO ）可表示
2 3 2 4
为
。硅酸盐的主要产品有 、 、 。硅的主要用途是
。
2.分别写出SiO 与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式：
2
；
；与NaCO 反应：固体高温条件下
2 3
。
3.新型无机非金属材料具有一些特殊的功能。如含4%硅的硅钢具有 性，主要用作
；人工合成的硅橡胶是最好的 的橡胶，用于 ；人工
制造的分子筛，主要用作 。
【课中探究】
情景导入：材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以
及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料
相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。（见PPT视频）
一、硅酸盐材料
活动一、硅酸盐的组成及结构
任务一、阅读教材P19页内容，回答无机非金属材料的性能、用途和组成分别是什么？
含有元素：
性能：
无机非金
①
属材料
分类：
应用：
②硅酸盐组成表示方法：
【注意】①书写形式：
② 化学计量数
例如：
任务二、讨论交流：结合教材“资料卡片”，思考硅酸盐的结构、性质、用途有何特点？
【对应练习】1．下列说法正确的是（ ）
①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳 ②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O
③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品 ④硅胶多孔，吸附能力强，常用作
干燥剂，也可用作催化剂的载体
A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③
2．我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是（ ）
选项 A B C D
文物
《四羊方尊》 《千里江山图》 《青铜神树》 陶兵马俑
名称
国家博物馆 故宫博物院 三星堆博物馆 秦始皇博物馆活动二、三种常见的硅酸盐产品
任务一、阅读教材P20-21页内容，思考制备三种常见的硅酸盐产品的制作原理及主要原料、设备、成
分分别是什么？填写表格内容。
①三种常见硅酸盐产品的性能及应用：
硅酸盐产品 性能 应用
陶瓷
玻璃
水泥
②三种常见的硅酸盐产品的制备比较：
硅酸盐产品 原料 反应原理 主要设备 主要成分
发生复杂的物理和化学变化（不
陶瓷 －
作要求）
玻璃
发生复杂的物理和化学变化（不
水泥
作要求）
任务二、问题探究：（1）工业上利用焦炭与SiO 在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性
2
大于硅？
（2）根据反应NaCO＋SiO=====NaSiO ＋CO↑，能否证明硅酸的酸性比碳酸强？若不能，又该
2 3 2 2 3 2
如
何证明？【对应练习】1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代
精美的青瓷工艺品，玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
2．下列说法不正确的是（ ）
A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得
C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料
D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率
二、新型的无机非金属材料
活动一、硅和二氧化硅
任务一、阅读课本P21最后两自然段，思考硅在自然界的存在、结构、用途和制备方法分别是什么？
完成表格内容。
①硅的存在、结构及用途：
存在 结构 周期表中位置 用途
含量 存在形态 结构示意图：
空间结构：
②高纯硅的制备
a.制备流程:
b.制备原理（主要化学反应）：
任务二、问题探究：（1）碳和硅原子结构相似，为什么SiO 和CO 的物理性质差别很大，化学性质
2 2
有哪些相同点和不同点？
①SiO 和CO 的物理性质差别很大的原因：
2 2
②CO 和SiO 的比较：
2 2
物质 二氧化硅 二氧化碳
存在物理性质
①与水反应
②与酸反应
化
③与碱液
学
性 (NaOH)反应
质
④与碱性氧化物反应
⑤与碳反应
用途
（2）实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？
【对应练习】1．下列关于SiO 的叙述正确的是（ ）
2
①SiO 能与水反应生成硅酸
2
②SiO 对应的水化物是可溶性弱酸
2
③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO 和CO 的分子结构也相同
2 2
④SiO 既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO 是两性氧化物
2 2
⑤SiO 中硅元素为 价，故SiO 具有氧化性
2 2
⑥在SiO 中，每个硅原子结合2个氧原子
2
A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤
2.高炉冶炼的粗硅难以满足使用过程中的纯度要求，因此需对粗硅进行进一步的提纯。工业上采用Si
与HCl在350℃左右反应生成SiHCl ，之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl 的熔点
3 3
为-128℃，沸点为33℃，且遇O 与HO均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl ，其实验装置如下
2 2 3
图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅，发生的反应为SiO+C=====Si+CO ↑
2 2
B．使用浓HSO 和NaCl混合加热制取HCl利用了浓HSO 的脱水性
2 4 2 4
C．冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl 冷凝为液体
3
D．可以用无水CaCl 、硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰
2
活动二、常见两种新型无机非金属材料任务一、阅读教材P23页内容，结合“科学·技术·社会”栏目，回答常见新型陶瓷的种类、成分、性
能及主要用途有哪些？填写表格内容。
新型材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 磨料、耐高温结构材料、耐
高温半导体材料
高温结构陶瓷 用于火箭发动机、汽车发动
机和高温电极材料等
压电陶瓷 用于滤波器、扬声器、超声
波探伤器和点火器等
透明陶瓷 用于高压钠灯、激光器、高
温探测窗等
超导陶瓷 — 用于电力、交通、医疗等领
域
任务二、阅读教材P23-24页内容，回答常见碳纳米材料的种类、性能及用途有哪些？填写表格内容。
碳纳米材料 概念 性能 用途
富勒烯 — C 的发现为纳米科学提供了
60
重要的研究对象,开启了碳纳
米材料的研究和应用的新时
代,如用C 作车轮的“纳米
60
汽车”。
碳纳米管 生产复合材料、电池和传感
器等
石墨烯 在光电器件、超级电容器、
电池、复合材料等方面的应
用研究正在不断深入
【对应练习】1.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虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
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不同2．北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现代化的中国。212项技术在冬奥会上得
以应用，如含有石墨烯的智能服饰、铝合金管材和光导纤维等等。下列有关说法中，不正确的是（ ）
A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料
B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是二氧化硅
C．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料
【课后巩固】1．（易）教材作业：P25页练习2、3、4、5
2．化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误的是（ ）
A．“天宫二号”空间运行的动力源泉——太阳能电池帆板，其核心材料为晶体硅
B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有丁达尔效应
C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化史上的诸多空白。青铜器的
出土表明我国商代已经掌握冶炼铜技术
D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅
3.下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（ ）
A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理
B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料
C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应
D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒
4．我国科学家制得了二氧化硅超分子纳米管，其微观结构如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化硅超分子纳米管不与任何酸反应
C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 D． 二氧化硅与碱的反应是非氧
化还原反应
5.下列说法不正确的是（ ）
A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂
B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料
C．光导纤维的主要成分是二氧化硅
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[AlSi O(OH) ]，若以氧化物形式表示为Al O·2SiO·2H O
2 2 5 4 2 3 2 2
6．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的工艺流程如图所示：下列说法正确的是（ ）
A．硅在自然界中主要以游离态形式存在
B．电弧炉中发生的反应为SiO＋C====Si＋CO↑
2 2
C．在还原炉里发生的反应中，还原剂是SiHCl
3
D．含60 kg SiO 的石英砂，理论上最多可制得28 kg高纯硅
2
7．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就
已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶
口粘在一起
8.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为：____________、____________(化学方程
式)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制备普通玻璃的主要
反应方程式为________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化学
式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。
