文档内容
第五章 《化工生产中的重要非金属元素》教学设计
第三节 无机非金属材料
课题： 5.3 无机非金属材料 课时 1 授课年级 高一
课标 知道常见的无机非金属材料的类型、组成、性能级应用，能从组成的角度对生活中常见的
无机非金属材料进行分类；能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点，培养宏观辨识与微观
要求 探析的化学核心素养。
本节内容是人教版（1019版）第五章第三节无机非金属材料的内容。主要包括传统硅酸
盐材料和新型无机非金属材料两部分。材料是人类赖以生存何发展的物质基础，人类使用的材
料除了金属材料，还有非金属材料。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。随着工业生产何社会发展
对材料性能要求的提高，很对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。本节教材首先介绍了大家最熟悉的传统无机非介绍材料—硅酸盐材
料，从物质的组成和结构入手，介绍无机非金属材料的性能特点，包括耐高温、抗腐蚀等性
能。从材料组成的角度，对生活中常见的无机非金属材料进行分类，介绍陶瓷、玻璃和水泥等
传统硅酸盐材料在人类日常生活中的广泛应用，以及材料对人类文明的推动作用。之后，介绍
新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料，以及这些材料在信息、能
教材 源等领域产生的影响，展现化学科学对新材料研发的重要作用，让学生了解化学学科对社会进
分析 步的价值，培养科学态度与社会责任等学科核心素养。
本节教材在内容上淡化了硅、二氧化硅、硅酸盐、硅酸的性质，但通过“资料卡片”详
细介绍了硅酸盐的硅氧四面体结构特点，分析了硅酸盐的材料的性质特点，落实宏观辨识与微
观探析的学科核心素养。同时，教材详细介绍了传统无机非介绍材料的原料、性能与用途及新
型无机非金属材料的组成、性能和用途。并增加了通过“资料卡片”介绍高纯硅的制备，还新
增了“科学·技术·社会”中的新型陶瓷的应用、碳纳米材料等内容。通过介绍最新的科技发展
成果，激发学生的学习兴趣和探究欲望。
本节内容教材没有突出元素化合物的性质教学，但注重无机非金属材料的类型与应用的
介绍，目的是让学生对传统材料和新型材料的组成、结构及应用有一定的认识，拓宽学生的知
识视野，开阔学生的眼界，增强学生对学习化学重要性的认识。
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。
教学
2、通过自主学习，了解品体硅、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
目标
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。
教学 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。
重、
难点：硅酸盐的结构特点、高纯硅的制备方法及原理。
难点
宏观辨识与微观探析：通过对无机非金属材料的微观组成、结构的分析，了解高纯硅的制
核心 备原理和方法，从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成、结构的关系。
素养 科学态度与社会责任：通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的
重要的作用，培养学生努力学好化学的科学态度，增强投身国家建设的社会责任感。
学情 学生已经了解金属材料，知道计算机、通信设备中芯片的重要性等知识。但对非金属材料
并不熟悉，并可能从微观结构认识无机非金属材料的性质及用途存在一定困难。
分析
教学过程教学 设计意
教学活动
环节 图
【回顾1】地壳中主要元素的含量分别是什么？
【学生】地壳中含量最多的元素是氧,其次是硅，含量占26.3%，含量最多的金属元素 回顾旧
知，预
是铝。
习新
【回顾2】举例说明CO2具有哪些重要的物理性质和化学性质？ 知，创
设生
【学生】CO 2 是一种 无 色 气_体，_微_溶于水，固态CO 2 俗称 干冰 。CO 2 是__酸 活、科
技情
__性氧化物，能与水、碱性氧化物、碱 等反应，其化学（或离子）方程式为
境，激
①CO+H O==HCO、②CO+CaO==Ca(OH) _、③CO+2NaOH==Na CO+H O_。 发学习
2 2 2 3 2 2 2 2 3 2
兴趣和
【预习1】硅酸盐的结构特点是什么？如何表示？
探究的
环 【学生1】硅酸盐结构复杂，一般 不 溶于水，性质很 稳定 。最简单的硅酸盐是 欲望。
节 硅酸钠 。
一 生
、 活 【学生2】硅酸盐可用氧化物的形式表示，如硅酸钠（Na 2 SiO 3 ）可表示为 Na 2 O·SiO 2
、 、镁橄榄石（MgSiO ）可表示为 2MgO·SiO 。硅酸盐的主要产品有 陶瓷 、 水
2 4 2
情 科 泥 、 玻璃 。硅的主要用途是 半导体材料（硅芯片、光电池等）
景
技
导 情
【预习2】请分别写出SiO
2
与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式。
入
境 【学生】SiO＋CaO=====CaSiO ； SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO ；与NaCO
2 3 2 2 3 2 2 3
反应：固体高温条件下SiO＋NaCO=====NaSiO＋CO↑
2 2 3 2 3 2
【预习3】举例什么新型无机非金属材料的特殊功能及应用。
【学生1】含4%硅的硅钢具有 导磁 性，主要用作 变压器的铁芯 ；
【学生2】人工合成的硅橡胶是最好的 既耐高温又耐低温 的橡胶，用于 火箭、
飞机、导弹的零件和绝缘材料 ；
【学生3】人工制造的分子筛，主要用作 吸附剂和催化剂 。
【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）
【过渡】材料是人类制造物品、器件、构件、机器或其它产品的物质。20世纪70年
代，人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。20世纪80年代以高技术群
为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标
认识材
志，材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。 料的重
要性，
【问题1】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
了解硅
么？ 酸盐材
料的组
【教师】引导、板书：
成及表
示方
含有元素：硅氧等元素
法，激
性能：耐高温、抗腐蚀、硬度高、特殊的光学、电学等性能 发学生
无机非金
学习兴
属材料
分类： 传统无机非金属材料、新型无机非金属材料 趣。
应用： 日常生活应用、航空航天领域、新能源领域、信息领域【教师】讲解：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，生活中随处可见。
活
动 【教师】追问：表示硅酸盐在组成的方法是什么？
一
【学生】通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠
、
硅 (Na 2 SiO 3 )：Na 2 O·SiO 2 。长石(KAlSi 3 O 8 )：K 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 。 能从物
质的微
酸
【教师】评价、强调并板书：
观层面
盐
的 书写形式： 理解其
组成、
组
化学计量数
结构和
成
及 例如：钠长石(NaAlSi 3 O 8 )不能写成Na 2 O·Al 2 O 3 ·3SiO 2 ，应写成Na 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 。 性质
的联
结
【问题2】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 系，形
构
成“结
特点？
构决定
【学生1】硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是一类结构复 性质，
杂的物质，一般都不溶于水，化学性质很稳定。 性质决
环
定应
节 【学生2】在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O， Si在中
用”的
二 心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个
观念；
、 O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。
预铡物
氧 【教师】投影： 质在
特定条
硅
件下可
酸 能具有
的性质
盐
和可能
材 。 发生的
变化。
料
【教师】评价、强调：硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度
高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
【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
检测与
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 评价，
发现问
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
题，调
A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③ 控课
堂，提
【答案】B
高效
【解析】①硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧 率。
化硅、硅酸盐等的形式存在，二氧化硅、硅酸盐等硅的化合物是构成岩石和许多矿物
的主要成分，因此可以说硅是构成岩石与许多矿物的基本元素，①错误；②二氧化硅
晶体的基本结构单元中，每个Si原子与4个O原子形成4个Si-O共价键；每个O原
子与2个Si原子形成Si-O共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，其
中含有的Si、O原子个数比是1：2，②正确；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品是
使用量最大的传统无机非金属材料，③正确；④硅胶多孔，表面积大，吸附能力强，
常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体，使反应物充分接触发生反应，④正确；综上
所述可知：说法正确的是②③④，故合理选项是B。【对应练习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
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
硅酸盐制成的是（ ）
【答案】D
【解析】A项，四羊方尊主要成分为铜合金，错误；B项，千里江山图主要材料为纤
维素，错误；C项，青铜神树的主要成分为铜合金，错误；D项，兵马俑为陶俑主要
材料为硅酸盐，正确。
【过渡】陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成
的。我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐
宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前，陶瓷仍然在人类的生产和生活中扮 拓展学
演着重要的角色，得到了广泛应用，如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫 生视
生洁具等。 野，赞
赏化学
【问题1】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
对社会
发展的
要原料、设备、成分分别是什么？填写表格内容。
重大贡
【教师】投影表格、引导分析：三种常见硅酸盐产品的性能及应用。 献。。
【学生】填写表格内容、展示交流：
硅酸盐产品 性能 应用
陶瓷 新石器时代就能烧制(China 生产建筑材料、绝缘材
创设问
瓷都),唐宋时期达到鼎盛： 料、日用器皿、卫生洁具 题情
境，通
青花瓷、唐三彩。陶瓷具有 等。
过对比
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高 分析，
认识传
温、绝缘、易成型等。
统无机
玻璃 玻璃无固定的熔沸点，在一 生产建筑材料、光学仪器 非金属
材料产
定温度范围内软化。 和各种器皿，制造玻璃纤
品的性
维用于高强度复合材料。 能及应
用，激
发学生
水泥 不能抗酸的腐蚀是因为水泥 一种非常重要的建筑材 学习兴
趣。
活
的成分中有碳酸盐,碳酸盐与 料，大量用于建筑和水利
动 酸反应会放出CO 。制水泥 工程。
2
二
从微观
、 过程中加入石膏的作用是调
上探究
三
节水泥硬化速率。 工业上种 制备陶
常 瓷、玻
见 璃、水
的 泥三种
硅 传统无
酸 机非金
盐 属材料
【教师】评价、投影表格：三种常见的硅酸盐产品的制备比较。
产 的原
品 【学生】填写表格内容、展示交流： 料、原
理及主
硅酸盐 主要
原料 反应原理 主要成分 要成
产品 设备
分。
发生复杂的物理和化学
陶瓷 黏土 － Al O·2SiO·2H O
变化（不作要求） 2 3 2 2
通过创
设问题
情境，
纯碱、 Na 2 CO 3 ＋ 初步认
玻璃 石灰 SiO 2 =====Na 2 SiO 3 ＋ 玻璃 NaSiO、CaSiO 和SiO 识二氧
石、石 CO↑、CaCO ＋ 窑 2 3 3 2 化和硅
2 3
英砂 SiO=====CaSiO ＋CO↑ 酸的性
2 3 2
质于应
用，突
硅酸三钙(3CaO·SiO ) 显普通
石灰 水泥 2 玻璃的
发生复杂的物理和化学
水泥 石、黏 变化（不作要求） 回转 硅酸二钙(2CaO·SiO 2 ) 制备原
土 窑 理。
铝酸三钙(3CaO·Al O)
2 3
【教师】评价、强调：普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料。二者与其
他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量
石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等与水混
合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。
【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
2
原性大于硅？
【学生】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况（如溶液）下发生的反应，上
述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
【问题探究2】根据反应NaCO＋SiO=====NaSiO ＋CO↑，能否证明硅酸的酸性
2 3 2 2 3 2
比碳酸强？
【学生】不能。因该反应不是在溶液中进行，所以不能证明硅酸的酸性强于碳酸的酸
性。
【教师】评价、追问：该如何设计实验证明碳酸酸性强于硅酸呢？
【学生】可根据原理：NaSiO + CO+H O = HSiO(胶体)+ 2NaCl来证明。
2 3 2 2 2 3
检测与
【教师】如何设计实验装置？
评价，
【学生】：展示交流装置图。 发现问
题，调
【教师】评价、投影装置图：
控课
堂，提
高效
率。【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
【答案】C
【解析】A．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻璃，A错误；B．水泥的原
料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，
B错误；C．硅酸盐性质稳定，熔点较高，所以硅酸盐制品一般具有性质稳定、熔点
较高的特点，C正确；D．沙子主要成分是二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，D错
误；故答案选C。
【对应练习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
【答案】B
【解析】A项，陶瓷是以粘性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高温烧结而
成，正确；B项，生产普通的原料是玻璃以纯碱、石灰石和石英砂，而不用石灰，经
混合，发生复杂的物理和化学变化制得，错误；C项，普通硅酸盐水泥以黏土和石灰
石为主要原料，由硅酸盐水泥熟料、5%－20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水
硬性胶凝材料，正确；D项，向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率，在水
泥粉磨时，若不掺加石膏或掺加的石膏量不足时，水泥会发生瞬凝现象，正确。
【过渡】现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。位于元素周期表第三周期、第
VA族的硅元素，正好处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝
从硅原
缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。
子结构
【问题1】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 的微观
活方法分别是什么？完成表格内容。
层面理
解硅单
【教师】投影表格、引导分析：硅的存在、结构及用途。
质的结
【学生】完成表格内容、展示交流： 构、性
质和工
存在 结构 周期表中位 用途
业上纯
置
硅的制
含量 存 在 形 第三周期、 Si导电性介于导体 备原理
态 第ⅣA族 和绝缘体之间,是良 和方法
活 好的半导体材料,硅 ，形成
地壳中 氧 化 物 结构示意图：活 居第二 和 硅 酸 是信息技术的关键 “结构
位 盐 材料 决定性
动
质，性
一 空间结构： 质决定
应用”
、
【教师】评价、投影并板书：高纯硅的制备。 的观
硅 念。
和
二
制备流程:
氧
通过创
制备原理（主要化学反应）：SiO ＋2C═══Si（粗）＋2CO↑；Si（粗）＋
化 2 设问题
3HCl═══SiHCl ＋H；SiHCl ＋H═══Si（纯）＋3HCl。
3 2 3 2 情境，
硅
【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 利用对
2 2
环 比分析
性质有哪些相同点和不同点？
节 方法，
三 【学生1】SiO 和CO 的物理性质差别很大的原因：SiO 是立体网状结构的晶体，不 熟练掌
2 2 2
、 握二氧
存在 SiO 2 分子，而 CO 2 是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于 化硅的
新
主要化
型 SiO。
2
学性
的
【学生2】SiO 和CO 都属于酸性氧化物，但SiO 与水、一般的酸不反应，能与氢氟 质。
无 2 2 2
机 酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。
非
【学生3】高温下，SiO 能与部分盐反应，如SiO ＋NaCO=====NaSiO ＋CO↑、
金 2 2 2 3 2 3 2
属 SiO＋CaCO =====CaSiO ＋CO↑。
2 3 3 2
材
料
【教师】评价、投影：CO
2
和SiO
2
的比较。
【学生】填写表格内容、展示交流：
物质 二氧化硅 二氧化碳
存在于岩石、沙子、石英、
存在 空气，燃料的燃烧产物
水晶、硅藻土中
通常情况下为无色无味气
固体，难溶于水，熔、沸点
物理性质 体，密度比空气大，微溶
高，硬度大
于水
①与水反应 不反应 CO＋HO HCO
2 2 2 3
只与氢氟酸反应
②与酸反应 不反应 创设问
SiO＋4HF===SiF ↑＋2HO
2 4 2 题情
化 学 ③与碱液 S H i 2 O O 2 ＋2NaOH===Na 2 SiO 3 ＋ C H O O 2 ＋2N 或 aOH=== C N O a 2 CO 3 ＋ ＋ 境 一 ， 步 进 了
性 (NaOH)反应 2 2 解硅酸
质 (盛碱液的试剂瓶用橡皮塞) NaOH===NaHCO 3 盐
（钠）
如与CaO反应： 如与NaO反应：
④与碱性氧化 2
的性质
物反应
SiO＋CaO═══CaSiO CO＋NaO===Na CO 及应
2 3 2 2 2 3
用。
⑤与碳反应 SiO＋2C═══Si＋2CO↑ CO＋C═══2CO
2 2
用途 制饰品、坩埚、光导纤维 干冰用于人工降雨
【问题探究2】实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？
【答案要点】① NaOH溶液能与玻璃中的 SiO 反应生成 NaSiO ：SiO ＋2NaOH
2 2 3 2
=Na SiO ＋HO，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装
2 3 2NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
②Na SiO 的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合
2 3
剂和防火剂。
【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 检测与
A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤ 评价，
发现问
【答案】D 题，调
控课
【解析】①SiO 不与水反应；②SiO 对应的水化物HSiO(弱酸)不溶于水；③SiO
2 2 2 3 2 堂，提
晶体中不存在单个的SiO 分子，且每个硅原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中
2 高效
1个碳原子与1个氧原子形成两条共价键，结构式为O=C=O，所以二者的分子结构不
率。
同；④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与碱反应生成盐和
水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，不属于两性氧化物；⑤SiO 具有弱氧化性，如
2
高温条件下被碳还原制取粗硅：SiO+2C=====Si+2CO↑；⑥SiO 晶体中不存在单个
2 2
的SiO 分子，且每个硅原子与4个氧原子结合；结合以上分析可知，不正确的有
2
①②③④⑥，只有⑤正确；故选D。
【对应练习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、
3
结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl 的熔点为-128℃，沸点为33℃，且遇O
3 2
与HO均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl ，其实验装置如下图所示，则下
2 3
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
【答案】C
【解析】浓硫酸与NaCl固体混合加热发生复分解反应产生NaSO 和HCl，HCl气体
2 4
经浓硫酸干燥后与粗硅发生反应产生SiHCl ，然后经冰盐浴降温后冷凝为液体物质，
3
多余的HCl可以被干燥管的碱石灰吸收然后排放，碱石灰还可以吸收空气中的HO
2
蒸气，防止SiHCl3遇水剧烈反应导致变质。A．工业上用过量的焦炭与石英砂混合
冶炼粗硅，发生反应产生Si、CO，反应的化学方程式为SiO2+2C=====Si+2CO↑，A
错误；B．使用浓HSO 和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的高沸点、难挥
2 4发性，而不是其脱水性，B错误；C．由于SiHCl 的熔点为-128℃，沸点为33℃，所
3
以冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl3冷凝为液体，C正确；D．干燥管
中的碱石灰是碱性干燥剂，可以吸收HCl尾气，并可以防止空气中的水分进入收集容
器，而不能用无水CaCl 、硅胶等固体干燥剂替换，D错误；故合理选项是C。
2
活【过渡】新型无机非金属材料在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，如陶瓷在光学、
热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了材料的应用领域。
【问题1】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。 通过了
解新型
【教师】投影表格、引导分析。
陶瓷等
【学生】阅读教材、填写表格内容、展示交流： 无机非
金属材
新型材料 成分 性能 主要应用
料的主
要性能
金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度 大 、耐 磨料、耐高温结构材料、
和用
高温、抗氧化 耐高温半导体材料
途，拓
展学生
活 知识
面。
活
动
二 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、 耐高温、抗氧 用于火箭发动机、汽车发
金属氧化物 化、耐腐蚀 动机和高温电极材料等
、
常
压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能 用于滤波器、扬声器、超
见
和电 能的相互 声波探伤器和点火器等
两 转化
种
透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等 具有优异的光 用于高压钠灯、激光器、
新 氧化物透明陶瓷； 学性能、耐高 高温探测窗等
氮化铝、氟化钙等 温、绝缘性
型
非氧化物透明陶瓷 好
无
机
非
超导陶瓷 — 临界温度下具 用于电力、交通、医疗等
金 有超导性 领域
属
材 【教师】评价、引导。 通过学
习最新
料 【问题2】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
的科研
些？填写表格内容。
成果—
【教师】 讲解：碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主 碳纳米
要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前 材料有
景。 关知
识，培
【教师】投影表格、引导分析：碳纳米材料的分类及用途
养学科
【学生】填写表格内容、展示交流： 学习兴
趣，激
碳纳米材料 概念 性能 用途
发社会
富勒烯 由碳原子构成的 — C 的发现为纳米科学提责任
60
一系列笼形分子 供了重要的研究对象,开感。
的总称,其中C 是 启了碳纳米材料的研究
60富勒烯的代表物 和应用的新时代,如用C
作车轮的“纳米汽
车”。
碳纳米管 由石墨片层卷成 比表面积大，有相当 生产复合材料、电池和
的管状物，具有 高的强度和优良的电 传感器等
纳米尺度的直径 学性能
石墨烯 只有一个碳原子 电阻率低、热导率 在光电器件、超级电容
直径厚度的单层 高，具有很高的强度 器、电池、复合材料等
石墨 方面的应用研究正在不
断深入
检测与
【教师】评价、小结：本节课主要学习了无机非金属材料，了解了传统的硅酸盐（陶 评价，
瓷、玻璃、水泥）工业的生产原料、原理及主要成分及用途。同时，还学习了新型的 发现问
无机非教师材料，如硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等知识。 题，调
控课
【对应练习1】下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( )
堂，提
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 高效
率。
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
【答案】B
【解析】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大类。传
统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新
型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型
无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨
损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。
【对应练习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
【答案】C
【解析】A．石墨烯是单层二维蜂窝状结构碳单质，是具有优异的光学、电学、力学
特性的新型材料，故A正确；B．光缆的主要成分是二氧化硅，故B正确；C．芯片的关键材料是单质硅，故C错误；D．富勒烯及石墨烯都是碳单质，是新型无机非金
属材料，故D正确；选C。
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
【答案】D
【解析】A．宫二号使用的光伏太阳能电池的核心材料是半导体硅，天宫二号使
用的光伏太阳能电池是将太阳能转化为电能，A正确；B．“天问一号”火星车使用
的热控材料是新型保温材料-纳米气凝胶，属于胶体，能够产生丁达尔效应，B正确
C．青铜器的主要成分是铜单质，商代的铜人铜像，说明此时我国已经掌握炼铜技
术，C正确；D．单质硅是半导体材料，芯片中的半导体材料为单质硅，D错误；故
选D。
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
【答案】C
及时巩
【解析】A．豆浆，血液属于胶体，所以应具备胶体的性质，在遇到电解质溶 固、消
液、加热、电性相反的电解质的时候都会聚沉，A正确；B．玻璃、陶瓷、水泥的主 化所
要成分是硅酸盐类，都属于传统的无机非金属材料，B正确；C．铝合金不易锈蚀是 学，促
因为铝在常温下与氧气反应生成一层致密的氧化膜，阻止内部的铝与氧气继续反应， 进掌握
C错误；D．一氧化碳有毒,不溶于水，火炉旁边放盆，水不能防一氧化碳中毒，D正 必备知
确；故选C。 识，评
价教学
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 效果，
错误的是（ ） 为后期
优化教
A．二氧化硅属于酸性氧化物
环 学方案
节 B．二氧化硅超分子纳米管不与任何酸反应 提供依
四 据，培
、 C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 养分析
课 D．二氧化硅与碱的反应是非氧化还原反应 问题和
后 作 解决问
巩 业 【答案】B 题等关
固 设 【解析】A项，二氧化硅可与NaOH溶液发生反应SiO＋2NaOH＝NaSiO＋ 键能
计 HO，属于酸性氧化物，正确，不符合题意；B项，二氧化硅 2 可与HF发生反 2 应S 3 iO 力。
2 2
＋4HF＝SiF↑＋2HO，所以二氧化硅超分子纳米管可与HF这种酸发生反应，错
4 2
误，符合题意；C项，二氧化硅可用于生产光导纤维，所以光导纤维的主要成分是二
氧化硅，正确，不符合题意；D项，二氧化硅与碱的反应，如SiO＋2NaOH＝
2
NaSiO＋HO等，反应过程中所有元素的化合价均未发生变化，所以是非氧化还原
2 3 2
反应，正确，不符合题意。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
2 2 5 4
Al O·2SiO·2H O
2 3 2 2
【答案】A
【解析】A．二氧化碳能与镁发生化学反应，不能用作镁着火的灭火剂，故 A错
误；B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，电子工业上
用途广泛，故B正确；C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅是重要的半导体
材料，故C正确；D．依据元素化合价代数和为0，分析硅酸盐用氧化物形式书写，
青花瓷胎体的原料为高岭土[AlSi O(OH) ]，若以氧化物形式科表示为：
2 2 5 4
Al O•2SiO •2H O，故D正确；故选：A。
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
【答案】D
【解析】各步发生的反应为：电弧炉SiO ＋2C====Si＋2CO↑，流化床反应器Si
2
＋3HCl====SiHCl ＋H ，还原炉SiHCl ＋H====Si＋3HCl。A项，硅在自然界中主
3 2 3 2
要存在于硅酸盐、二氧化硅等化合物中，以化合态形式存在，错误；B项，电弧炉中
发生的反应为二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，SiO ＋2C====Si＋2CO↑，错
2
误；C项，在还原炉里发生的反应中，还原剂是H，SiHCl 中的硅化合价降低，是氧
2 3
化剂，错误；D项，根据关系式：SiO ～Si，含60 kg SiO 的石英砂，理论上最多可
2 2
制得×28 g·mol－1＝28 000 g＝28 kg高纯硅，正确。
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
【答案】B
【解析】A．普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，故A正确；B．玻璃是混合物，没有固定的熔点，故B错误；C．普通
玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，组成也可表示为NaO·CaO·6SiO ，
2 2
故C正确；D．二氧化硅易与烧碱溶液反应生成NaSiO，NaSiO 具有很强的黏合
2 3 2 3
性，因此盛有NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，故D正确；故答案为
B。
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 ：
___________________、
___________________________(用化学方程式表示)。
(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)。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
【答案】(1)2Al＋2NaOH＋2HO===2NaAlO＋3H↑ SiO＋4HF===SiF ↑＋2HO
2 2 2 2 4 2
(2)石灰石
SiO＋NaCO=====NaSiO＋CO↑(或SiO＋CaCO =====CaSiO ＋CO↑)
2 2 3 2 3 2 2 3 3 2
(3)SiO (4)D
2
【解析】(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，反应的化学方程式分别
为2Al＋2NaOH＋2HO===2NaAlO＋3H↑、SiO＋4HF===SiF ↑＋2HO。(2)生产硅酸
2 2 2 2 4 2
盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。制备普通玻璃的主要反应方程式
有SiO ＋NaCO=====NaSiO ＋CO↑或SiO ＋CaCO =====CaSiO ＋CO↑。(4)普通
2 2 3 2 3 2 2 3 3 2
玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A错误；石英玻璃坩埚中的
二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故B错误；氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融
的氢氧化钠反应，故C错误；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D正确。
课堂
总结第三节 无机非金属材料
一、硅酸盐材料
1、硅酸盐的组成及结构：陶瓷、玻璃、水泥，存在硅氧四面体结构。
2、陶瓷：原料—粘土；应用—建筑材料、绝缘材料、卫生器具等。
3、玻璃：原料—纯碱、石灰石、石英砂，主要成分—NaSiO 、CaSiO 和SiO 等，应用—
2 3 3 2
建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料。
板书
4、水泥：原料—石灰石、黏土，应用—建筑材料
设计
二、新型无机非教师材料
1、硅和二氧化硅
存在：硅酸盐和二氧化硅
制纯硅：SiO＋2C═══Si（粗）＋2CO↑；
2
Si（粗）＋3HCl═══SiHCl ＋H；SiHCl ＋H═══Si（纯）＋3HCl。
3 2 3 2
2、新型陶瓷：SiC高温结构陶瓷、压电陶瓷等。
3、碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
本节内容主要介绍无机非金属材料的性能与应用等常识性知识，呈现方式主要为正文描述
结合图片和资料卡片等栏目的形式，信息多，阅读量大。在教学时提前布置学生自学，在课堂
上以讲授与讨论相互结合的形式进行归纳整合。对于硅酸盐材料，教学时重点介绍了三种硅酸
盐的组成、原料；新型材料中的硅和二氧化硅除介绍其用途外，适当补充了它们的一些化学性
教学
质，对碳化硅及碳纳米材料，重点介绍了其组成和用途等，从而拓宽学生的知识视野，激发的
反思 学习兴趣，培养科学探究与社会责任的学科核心素养。
