5.3無機非金屬材料（教學設計）高一化學

第五章《化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素》教學設計第三節(jié)無機非金屬材料課題：5.3無機非金屬材料課時1授課年級高一課標要求知道常見的無機非金屬材料的類型、組成、性能級應用，能從組成的角度對生活中常見的無機非金屬材料進行分類；能根據(jù)硅酸鹽的結構分析硅酸鹽的性質特點，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。教材分析本節(jié)內容是人教版（1019版）第五章第三節(jié)無機非金屬材料的內容。主要包括傳統(tǒng)硅酸鹽材料和新型無機非金屬材料兩部分。材料是人類賴以生存何發(fā)展的物質基礎，人類使用的材料除了金屬材料，還有非金屬材料。從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)何社會發(fā)展對材料性能要求的提高，很對新型無機非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術領域必需的材料。本節(jié)教材首先介紹了大家最熟悉的傳統(tǒng)無機非介紹材料—硅酸鹽材料，從物質的組成和結構入手，介紹無機非金屬材料的性能特點，包括耐高溫、抗腐蝕等性能。從材料組成的角度，對生活中常見的無機非金屬材料進行分類，介紹陶瓷、玻璃和水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料在人類日常生活中的廣泛應用，以及材料對人類文明的推動作用。之后，介紹新型無機非金屬材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料，以及這些材料在信息、能源等領域產(chǎn)生的影響，展現(xiàn)化學科學對新材料研發(fā)的重要作用，讓學生了解化學學科對社會進步的價值，培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任等學科核心素養(yǎng)。本節(jié)教材在內容上淡化了硅、二氧化硅、硅酸鹽、硅酸的性質，但通過“資料卡片”詳細介紹了硅酸鹽的硅氧四面體結構特點，分析了硅酸鹽的材料的性質特點，落實宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養(yǎng)。同時，教材詳細介紹了傳統(tǒng)無機非介紹材料的原料、性能與用途及新型無機非金屬材料的組成、性能和用途。并增加了通過“資料卡片”介紹高純硅的制備，還新增了“科學·技術·社會”中的新型陶瓷的應用、碳納米材料等內容。通過介紹最新的科技發(fā)展成果，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。本節(jié)內容教材沒有突出元素化合物的性質教學，但注重無機非金屬材料的類型與應用的介紹，目的是讓學生對傳統(tǒng)材料和新型材料的組成、結構及應用有一定的認識，拓寬學生的知識視野，開闊學生的眼界，增強學生對學習化學重要性的認識。教學目標1、通過閱讀交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設中發(fā)揮的重要作用。2、通過自主學習，了解品體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學生學習化學的興趣。3、聯(lián)系生活實際和現(xiàn)代科技成果，了解粗硅的制法和高純硅的提純原理及納米材料的類別結構特點、性能和用途，感受化學就在身邊，培養(yǎng)科學探究的精神和社會責任感。教學重、難點重點:玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。難點：硅酸鹽的結構特點、高純硅的制備方法及原理。核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：通過對無機非金屬材料的微觀組成、結構的分析，了解高純硅的制備原理和方法，從宏觀上認識無機非金屬材料性能和用途與組成、結構的關系。科學態(tài)度與社會責任：通過對無機非金屬材料的了解，深刻認識化學對社會可持續(xù)發(fā)展的重要的作用，培養(yǎng)學生努力學好化學的科學態(tài)度，增強投身國家建設的社會責任感。學情分析學生已經(jīng)了解金屬材料，知道計算機、通信設備中芯片的重要性等知識。但對非金屬材料并不熟悉，并可能從微觀結構認識無機非金屬材料的性質及用途存在一定困難。教學過程教學環(huán)節(jié)教學活動設計意圖環(huán)節(jié)一、情景導入生活、科技情境【回顧1】地殼中主要元素的含量分別是什么？【學生】地殼中含量最多的元素是氧,其次是硅，含量占26.3%，含量最多的金屬元素是鋁?！净仡?】舉例說明CO2具有哪些重要的物理性質和化學性質？【學生】CO2是一種無色氣_體，_微_溶于水，固態(tài)CO2俗稱干冰。CO2是__酸__性氧化物，能與水、堿性氧化物、堿等反應，其化學（或離子）方程式為①CO2+H2O==H2CO3、②CO2+CaO==Ca(OH)2_、③CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O_?！绢A習1】硅酸鹽的結構特點是什么？如何表示？【學生1】硅酸鹽結構復雜，一般不溶于水，性質很穩(wěn)定。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉。【學生2】硅酸鹽可用氧化物的形式表示，如硅酸鈉（Na2SiO3）可表示為Na2O·SiO2、鎂橄欖石（Mg2SiO4）可表示為2MgO·SiO2。硅酸鹽的主要產(chǎn)品有陶瓷、水泥、玻璃。硅的主要用途是半導體材料（硅芯片、光電池等）【預習2】請分別寫出SiO2與CaO、NaOH、溶液反應的化學方程式。【學生】SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3；SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；與Na2CO3反應：固體高溫條件下SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑【預習3】舉例什么新型無機非金屬材料的特殊功能及應用?！緦W生1】含4%硅的硅鋼具有導磁性，主要用作變壓器的鐵芯；【學生2】人工合成的硅橡膠是最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，用于火箭、飛機、導彈的零件和絕緣材料；【學生3】人工制造的分子篩，主要用作吸附劑和催化劑。【導入】材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展對材料性能要求的提高，一批新型無機非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術領域必需的材料。（見PPT視頻）回顧舊知，預習新知，創(chuàng)設生活、科技情境，激發(fā)學習興趣和探究的欲望。環(huán)節(jié)二、氧硅酸鹽材料活動一、硅酸鹽的組成及結構【過渡】材料是人類制造物品、器件、構件、機器或其它產(chǎn)品的物質。20世紀70年代，人們把信息、材料和能源譽為當代文明的三大支柱。20世紀80年代以高技術群為代表的新技術革命，又把新材料、信息技術和生物技術并列為新技術革命的重要標志，材料與國民經(jīng)濟建設、國防建設和人民生活密切相關?！締栴}1】閱讀教材P19頁內容，回答無機非金屬材料的性能、用途和組成分別是什么？含有元素：含有元素：硅氧等元素硅氧等元素無機非金屬材料耐高溫、抗腐蝕、硬度高、無機非金屬材料耐高溫、抗腐蝕、硬度高、特殊的光學、電學等性能性能：傳統(tǒng)無機非金屬材料、新型無機非金屬材料分類傳統(tǒng)無機非金屬材料、新型無機非金屬材料分類：日常生活應用、日常生活應用、航空航天領域、新能源領域、信息領域應用：【教師】講解：傳統(tǒng)的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，生活中隨處可見?！窘處煛孔穯枺罕硎竟杷猁}在組成的方法是什么？【學生】通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：Na2O·SiO2。長石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2?！窘處煛吭u價、強調并板書：書寫形式：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水,氧化物之間以“·”隔開))化學計量數(shù)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(配置原則：各元素原子總個數(shù)比值符合原來的組成,若出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)))例如：鈉長石(NaAlSi3O8)不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應寫成Na2O·Al2O3·6SiO2?！締栴}2】討論交流：結合教材“資料卡片”，思考硅酸鹽的結構、性質、用途有何特點？【學生1】硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，硅酸鹽是一類結構復雜的物質，一般都不溶于水，化學性質很穩(wěn)定?！緦W生2】在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體。每個Si結合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結合?！窘處煛客队埃骸！窘處煛吭u價、強調：硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩(wěn)定、耐腐蝕等特點。【對應練習1】下列說法正確的是（）①構成巖石與許多礦物的基本元素是碳②二氧化硅晶體的基本結構單元中，每個Si周圍結合4個O③使用量最大的無機非金屬材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品④硅膠多孔，吸附能力強，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③【答案】B【解析】①硅在地殼中的含量僅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸鹽等的形式存在，二氧化硅、硅酸鹽等硅的化合物是構成巖石和許多礦物的主要成分，因此可以說硅是構成巖石與許多礦物的基本元素，①錯誤；②二氧化硅晶體的基本結構單元中，每個Si原子與4個O原子形成4個SiO共價鍵；每個O原子與2個Si原子形成SiO共價鍵，這種結構向空間擴展就形成了立體網(wǎng)狀結構，其中含有的Si、O原子個數(shù)比是1：2，②正確；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品是使用量最大的傳統(tǒng)無機非金屬材料，③正確；④硅膠多孔，表面積大，吸附能力強，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體，使反應物充分接觸發(fā)生反應，④正確；綜上所述可知：說法正確的是②③④，故合理選項是B。選項ABCD文物名稱《四羊方尊》國家博物館《千里江山圖》故宮博物院《青銅神樹》三星堆博物館陶兵馬俑秦始皇博物館【對應練習2】我國是一個擁有五千年文化傳承的文明古國，下列國寶級文物主要由硅酸鹽制成的是（）【答案】D【解析】A項，四羊方尊主要成分為銅合金，錯誤；B項，千里江山圖主要材料為纖維素，錯誤；C項，青銅神樹的主要成分為銅合金，錯誤；D項，兵馬俑為陶俑主要材料為硅酸鹽，正確。認識材料的重要性，了解硅酸鹽材料的組成及表示方法，激發(fā)學生學習興趣。能從物質的微觀層面理解其組成、結構和性質的聯(lián)系，形成“結構決定性質，性質決定應用”的觀念；預鍘物質在特定條件下可能具有的性質和可能發(fā)生的變化。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調控課堂，提高效率?；顒佣⑷N常見的硅酸鹽產(chǎn)品【過渡】陶瓷是以黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）為主要原料，經(jīng)高溫燒結而成的。我國具有悠久的陶瓷制造歷史，在新石器時代，我們的祖先已能燒制陶器，至唐宋時期，我國的陶瓷制品已經(jīng)享譽海內外。目前，陶瓷仍然在人類的生產(chǎn)和生活中扮演著重要的角色，得到了廣泛應用，如用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等?！締栴}1】閱讀教材P2021頁內容，思考制備三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制作原理及主要原料、設備、成分分別是什么？填寫表格內容?！窘處煛客队氨砀瘛⒁龑Х治觯喝N常見硅酸鹽產(chǎn)品的性能及應用。【學生】填寫表格內容、展示交流：硅酸鹽產(chǎn)品性能應用陶瓷新石器時代就能燒制(China瓷都),唐宋時期達到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等。生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。玻璃玻璃無固定的熔沸點，在一定溫度范圍內軟化。生產(chǎn)建筑材料、光學儀器和各種器皿，制造玻璃纖維用于高強度復合材料。水泥不能抗酸的腐蝕是因為水泥的成分中有碳酸鹽,碳酸鹽與酸反應會放出CO2。制水泥過程中加入石膏的作用是調節(jié)水泥硬化速率。一種非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程?！窘處煛吭u價、投影表格：三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制備比較。【學生】填寫表格內容、展示交流：硅酸鹽產(chǎn)品原料反應原理主要設備主要成分陶瓷黏土發(fā)生復雜的物理和化學變化（不作要求）－Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃純堿、石灰石、石英砂Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3和SiO2水泥石灰石、黏土發(fā)生復雜的物理和化學變化（不作要求）水泥回轉窯硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣(2CaO·SiO2)鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)【教師】評價、強調：普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)以黏土和石灰石為主要原料。二者與其他輔料經(jīng)混合、研磨后在水泥回轉窯中煅燒，發(fā)生復雜的物理和化學變化，加入適量石膏調節(jié)水泥硬化速率，再磨成細粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。【問題探究1】工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？【學生】氧化性、還原性的強弱，必須是在通常的情況（如溶液）下發(fā)生的反應，上述反應是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強弱?！締栴}探究2】根據(jù)反應Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，能否證明硅酸的酸性比碳酸強？【學生】不能。因該反應不是在溶液中進行，所以不能證明硅酸的酸性強于碳酸的酸性?！窘處煛吭u價、追問：該如何設計實驗證明碳酸酸性強于硅酸呢？【學生】可根據(jù)原理：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(膠體)+2NaCl來證明?！窘處煛咳绾卧O計實驗裝置？【學生】：展示交流裝置圖?！窘處煛吭u價、投影裝置圖：【對應練習1】“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品，玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品 B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質穩(wěn)定、熔點較高 D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽【答案】C【解析】A．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽材料，不是玻璃，A錯誤；B．水泥的原料是黏土和石灰石，純堿、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，B錯誤；C．硅酸鹽性質穩(wěn)定，熔點較高，所以硅酸鹽制品一般具有性質穩(wěn)定、熔點較高的特點，C正確；D．沙子主要成分是二氧化硅，為氧化物，不是硅酸鹽，D錯誤；故答案選C?！緦毩?】下列說法不正確的是（）A．陶瓷是以黏土為主要原料，經(jīng)高溫燒結而成B．普通玻璃以純堿、石灰和石英砂為原料，發(fā)生復雜的物理和化學變化制得C．普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料D．向水泥中加入適量的石膏可以調節(jié)水泥硬化速率【答案】B【解析】A項，陶瓷是以粘性較高、可塑性較強的黏土為主要原料，經(jīng)高溫燒結而成，正確；B項，生產(chǎn)普通的原料是玻璃以純堿、石灰石和石英砂，而不用石灰，經(jīng)混合，發(fā)生復雜的物理和化學變化制得，錯誤；C項，普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料，由硅酸鹽水泥熟料、5%－20%的混合材料及適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，正確；D項，向水泥中加入適量的石膏可以調節(jié)水泥硬化速率，在水泥粉磨時，若不摻加石膏或摻加的石膏量不足時，水泥會發(fā)生瞬凝現(xiàn)象，正確。拓展學生視野，贊賞化學對社會發(fā)展的重大貢獻。。創(chuàng)設問題情境，通過對比分析，認識傳統(tǒng)無機非金屬材料產(chǎn)品的性能及應用，激發(fā)學生學習興趣。從微觀上探究工業(yè)上制備陶瓷、玻璃、水泥三種傳統(tǒng)無機非金屬材料的原料、原理及主要成分。通過創(chuàng)設問題情境，初步認識二氧化和硅酸的性質于應用，突顯普通玻璃的制備原理。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調控課堂，提高效率。環(huán)節(jié)三、新型的無機非金屬材料活活活動一、硅和二氧化硅【過渡】現(xiàn)代信息技術是建立在半導體材料基礎上的。位于元素周期表第三周期、第VA族的硅元素，正好處于金屬與非金屬的過渡位置，其單質的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用最為廣泛的半導體材料?！締栴}1】閱讀課本P21最后兩自然段，思考硅在自然界的存在、結構、用途和制備方法分別是什么？完成表格內容?！窘處煛客队氨砀?、引導分析：硅的存在、結構及用途?！緦W生】完成表格內容、展示交流：存在結構周期表中位置用途含量存在形態(tài)結構示意圖：空間結構：第三周期、第ⅣA族Si導電性介于導體和絕緣體之間,是良好的半導體材料,硅是信息技術的關鍵材料地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽【教師】評價、投影并板書：高純硅的制備。制備流程:制備原理（主要化學反應）：SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(1800～2000℃))Si（粗）＋2CO↑；Si（粗）＋3HCleq\o(═══,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；SiHCl3＋H2eq\o(═══,\s\up7(1100℃))Si（純）＋3HCl?！締栴}探究1】碳和硅原子結構相似，為什么SiO2和CO2的物理性質差別很大，化學性質有哪些相同點和不同點？【學生1】SiO2和CO2的物理性質差別很大的原因：SiO2是立體網(wǎng)狀結構的晶體，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子結合成的分子，微粒間的作用力遠小于SiO2?！緦W生2】SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，但SiO2與水、一般的酸不反應，能與氫氟酸反應，能與堿、堿性氧化物反應?！緦W生3】高溫下，SiO2能與部分鹽反應，如SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑?！窘處煛吭u價、投影：CO2和SiO2的比較。【學生】填寫表格內容、展示交流：物質二氧化硅二氧化碳存在存在于巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空氣，燃料的燃燒產(chǎn)物物理性質固體，難溶于水，熔、沸點高，硬度大通常情況下為無色無味氣體，密度比空氣大，微溶于水化學性質①與水反應不反應CO2＋H2OH2CO3②與酸反應只與氫氟酸反應SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反應③與堿液(NaOH)反應SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH=NaHCO3④與堿性氧化物反應如與CaO反應：SiO2＋CaOeq\o(═══,\s\up7(高溫))CaSiO3如與Na2O反應：CO2＋Na2O=Na2CO3⑤與碳反應SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑CO2＋Ceq\o(═══,\s\up7(△))2CO用途制飾品、坩堝、光導纖維干冰用于人工降雨【問題探究2】實驗室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？【答案要點】①NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應生成Na2SiO3：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。②Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結力強、耐高溫等特性，可以用作黏合劑和防火劑?！緦毩?】下列關于SiO2的敘述正確的是（）①SiO2能與水反應生成硅酸②SiO2對應的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外層電子數(shù)相同，SiO2和CO2的分子結構也相同④SiO2既能與氫氧化鈉溶液反應又能與氫氟酸反應，故SiO2是兩性氧化物⑤SiO2中硅元素為價，故SiO2具有氧化性⑥在SiO2中，每個硅原子結合2個氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤【答案】D【解析】①SiO2不與水反應；②SiO2對應的水化物H2SiO3(弱酸)不溶于水；③SiO2晶體中不存在單個的SiO2分子，且每個硅原子與4個氧原子結合，而二氧化碳分子中1個碳原子與1個氧原子形成兩條共價鍵，結構式為O=C=O，所以二者的分子結構不同；④二氧化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和水，沒有鹽生成，與堿反應生成鹽和水，所以二氧化硅屬于酸性氧化物，不屬于兩性氧化物；⑤SiO2具有弱氧化性，如高溫條件下被碳還原制取粗硅：SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+2CO↑；⑥SiO2晶體中不存在單個的SiO2分子，且每個硅原子與4個氧原子結合；結合以上分析可知，不正確的有①②③④⑥，只有⑤正確；故選D。【對應練習2】高爐冶煉的粗硅難以滿足使用過程中的純度要求，因此需對粗硅進行進一步的提純。工業(yè)上采用Si與HCl在350℃左右反應生成SiHCl3，之后將其還原、結晶得到高純度的單晶硅產(chǎn)品。已知SiHCl3的熔點為128℃，沸點為33℃，且遇O2與H2O均劇烈反應?，F(xiàn)要在實驗室中制取少量SiHCl3，其實驗裝置如下圖所示，則下列說法正確的是（）A．工業(yè)上用過量的焦炭與石英砂混合冶煉粗硅，發(fā)生的反應為SiO2+Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+CO2↑B．使用濃H2SO4和NaCl混合加熱制取HCl利用了濃H2SO4的脫水性C．冰鹽浴的目的為降低收集容器的溫度，使SiHCl3冷凝為液體D．可以用無水CaCl2、硅膠等固體干燥劑替換干燥管中的堿石灰【答案】C【解析】濃硫酸與NaCl固體混合加熱發(fā)生復分解反應產(chǎn)生Na2SO4和HCl，HCl氣體經(jīng)濃硫酸干燥后與粗硅發(fā)生反應產(chǎn)生SiHCl3，然后經(jīng)冰鹽浴降溫后冷凝為液體物質，多余的HCl可以被干燥管的堿石灰吸收然后排放，堿石灰還可以吸收空氣中的H2O蒸氣，防止SiHCl3遇水劇烈反應導致變質。A．工業(yè)上用過量的焦炭與石英砂混合冶煉粗硅，發(fā)生反應產(chǎn)生Si、CO，反應的化學方程式為SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+2CO↑，A錯誤；B．使用濃H2SO4和NaCl混合加熱制取HCl利用了濃H2SO4的高沸點、難揮發(fā)性，而不是其脫水性，B錯誤；C．由于SiHCl3的熔點為128℃，沸點為33℃，所以冰鹽浴的目的為降低收集容器的溫度，使SiHCl3冷凝為液體，C正確；D．干燥管中的堿石灰是堿性干燥劑，可以吸收HCl尾氣，并可以防止空氣中的水分進入收集容器，而不能用無水CaCl2、硅膠等固體干燥劑替換，D錯誤；故合理選項是C。從硅原子結構的微觀層面理解硅單質的結構、性質和工業(yè)上純硅的制備原理和方法，形成“結構決定性質，性質決定應用”的觀念。通過創(chuàng)設問題情境，利用對比分析方法，熟練掌握二氧化硅的主要化學性質。創(chuàng)設問題情境，進一步了解硅酸鹽（鈉）的性質及應用。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調控課堂，提高效率。活活活動二、常見兩種新型無機非金屬材料【過渡】新型無機非金屬材料在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，如陶瓷在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能，進一步拓展了材料的應用領域?！締栴}1】閱讀教材P23頁內容，結合“科學·技術·社會”欄目，回答常見新型陶瓷的種類、成分、性能及主要用途有哪些？填寫表格內容?！窘處煛客队氨砀?、引導分析?！緦W生】閱讀教材、填寫表格內容、展示交流：新型材料成分性能主要應用金剛砂碳化硅(SiC)硬度大、耐高溫、抗氧化磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料高溫結構陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐腐蝕用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實現(xiàn)機械能和電能的相互轉化用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學性能、耐高溫、絕緣性好用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導陶瓷—臨界溫度下具有超導性用于電力、交通、醫(yī)療等領域【教師】評價、引導?！締栴}2】閱讀教材P2324頁內容，回答常見碳納米材料的種類、性能及用途有哪些？填寫表格內容?！窘處煛恐v解：碳納米材料是近年來人們十分關注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領域有著廣闊的應用前景?！窘處煛客队氨砀?、引導分析：碳納米材料的分類及用途【學生】填寫表格內容、展示交流：碳納米材料概念性能用途富勒烯由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱,其中C60是富勒烯的代表物—C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學提供了重要的研究對象,開啟了碳納米材料的研究和應用的新時代,如用C60作車輪的“納米汽車”。碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能生產(chǎn)復合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導率高，具有很高的強度在光電器件、超級電容器、電池、復合材料等方面的應用研究正在不斷深入【教師】評價、小結：本節(jié)課主要學習了無機非金屬材料，了解了傳統(tǒng)的硅酸鹽（陶瓷、玻璃、水泥）工業(yè)的生產(chǎn)原料、原理及主要成分及用途。同時，還學習了新型的無機非教師材料，如硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料等知識。【對應練習1】下列關于無機非金屬材料的說法不正確的是()A．傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，但強度比較差C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點D．傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分不同【答案】B【解析】無機非金屬材料分為傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機非金屬材料是指一些新型的具有特殊結構和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無機非金屬材料與傳統(tǒng)無機非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應和生物功能等?！緦毩?】北京冬奧會上科技元素“星光熠熠”，向世界展現(xiàn)了一個現(xiàn)代化的中國。212項技術在冬奧會上得以應用，如含有石墨烯的智能服飾、鋁合金管材和光導纖維等等。下列有關說法中，不正確的是（）A．石墨烯是一種電阻率低、熱導率高的具有優(yōu)異性能的新型材料B．我國提出網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略，光纜線路總長超過三千萬公里，光纜的主要成分是二氧化硅C．制造芯片的關鍵材料是二氧化硅D．富勒烯及“超輕海綿”使用的石墨烯是新型無機非金屬材料【答案】C【解析】A．石墨烯是單層二維蜂窩狀結構碳單質，是具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性的新型材料，故A正確；B．光纜的主要成分是二氧化硅，故B正確；C．芯片的關鍵材料是單質硅，故C錯誤；D．富勒烯及石墨烯都是碳單質，是新型無機非金屬材料，故D正確；選C。通過了解新型陶瓷等無機非金屬材料的主要性能和用途，拓展學生知識面。通過學習最新的科研成果—碳納米材料有關知識，培養(yǎng)學科學習興趣，激發(fā)社會責任感。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調控課堂，提高效率。環(huán)節(jié)四、課后鞏固作業(yè)設計1．（易）教材作業(yè)：P25頁練習2、3、4、52．化學知識與科技、生產(chǎn)、生活有密切的關系。下列敘述中錯誤的是（）A．“天宮二號”空間運行的動力源泉——太陽能電池帆板，其核心材料為晶體硅B．“天問一號”火星車使用的保溫材料——納米氣凝膠，具有丁達爾效應C．三星堆二號祭祀坑出土商代的銅人銅像填補了我國考古學、青銅文化史上的諸多空白。青銅器的出土表明我國商代已經(jīng)掌握冶煉銅技術D．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導體材料為二氧化硅【答案】D【解析】A．宮二號使用的光伏太陽能電池的核心材料是半導體硅，天宮二號使用的光伏太陽能電池是將太陽能轉化為電能，A正確；B．“天問一號”火星車使用的熱控材料是新型保溫材料納米氣凝膠，屬于膠體，能夠產(chǎn)生丁達爾效應，B正確C．青銅器的主要成分是銅單質，商代的銅人銅像，說明此時我國已經(jīng)掌握煉銅技術，C正確；D．單質硅是半導體材料，芯片中的半導體材料為單質硅，D錯誤；故選D。3.下列關于日?，F(xiàn)象與生活常識的解釋中錯誤的是（）A．鹵水點豆腐、傷口上涂抹氯化鐵溶液止血均利用了膠體的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均為硅酸鹽制品，屬于無機非金屬材料C．鋁合金不易發(fā)生銹蝕是因為鋁在常溫下不與空氣中的氧氣反應D．一氧化碳難溶于水，在火爐邊放一盆水無法防止一氧化碳中毒【答案】C【解析】A．豆?jié){，血液屬于膠體，所以應具備膠體的性質，在遇到電解質溶液、加熱、電性相反的電解質的時候都會聚沉，A正確；B．玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸鹽類，都屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料，B正確；C．鋁合金不易銹蝕是因為鋁在常溫下與氧氣反應生成一層致密的氧化膜，阻止內部的鋁與氧氣繼續(xù)反應，C錯誤；D．一氧化碳有毒,不溶于水，火爐旁邊放盆，水不能防一氧化碳中毒，D正確；故選C。4．我國科學家制得了二氧化硅超分子納米管，其微觀結構如圖所示。下列敘述錯誤的是（）A．二氧化硅屬于酸性氧化物 B．二氧化硅超分子納米管不與任何酸反應C．光導纖維的主要成分是二氧化硅 D．二氧化硅與堿的反應是非氧化還原反應【答案】B【解析】A項，二氧化硅可與NaOH溶液發(fā)生反應SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，屬于酸性氧化物，正確，不符合題意；B項，二氧化硅可與HF發(fā)生反應SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O，所以二氧化硅超分子納米管可與HF這種酸發(fā)生反應，錯誤，符合題意；C項，二氧化硅可用于生產(chǎn)光導纖維，所以光導纖維的主要成分是二氧化硅，正確，不符合題意；D項，二氧化硅與堿的反應，如SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O等，反應過程中所有元素的化合價均未發(fā)生變化，所以是非氧化還原反應，正確，不符合題意。5.下列說法不正確的是（）A．二氧化碳密度比空氣大，可做鎂著火的滅火劑B．硅晶體的導電性介于導體和絕緣體之間，是一種重要的半導體材料C．光導纖維的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示為Al2O3·2SiO2·2H2O【答案】A【解析】A．二氧化碳能與鎂發(fā)生化學反應，不能用作鎂著火的滅火劑，故A錯誤；B．硅晶體的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，電子工業(yè)上用途廣泛，故B正確；C．光導纖維的主要成分是二氧化硅，晶體硅是重要的半導體材料，故C正確；D．依據(jù)元素化合價代數(shù)和為0，分析硅酸鹽用氧化物形式書寫，青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式科表示為：Al2O3?2SiO2?2H2O，故D正確；故選：A。6．高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域，工業(yè)上制備高純硅的工藝流程如圖所示：下列說法正確的是（）A．硅在自然界中主要以游離態(tài)形式存在B．電弧爐中發(fā)生的反應為SiO2＋Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑C．在還原爐里發(fā)生的反應中，還原劑是SiHCl3D．含60kgSiO2的石英砂，理論上最多可制得28kg高純硅【答案】D【解析】各步發(fā)生的反應為：電弧爐SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，流化床反應器Si＋3HCleq\o(,\s\up7(高溫))SiHCl3＋H2，還原爐SiHCl3＋H2eq\o(,\s\up7(高溫))Si＋3HCl。A項，硅在自然界中主要存在于硅酸鹽、二氧化硅等化合物中，以化合態(tài)形式存在，錯誤；B項，電弧爐中發(fā)生的反應為二氧化硅與碳反應生成硅和一氧化碳，SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，錯誤；C項，在還原爐里發(fā)生的反應中，還原劑是H2，SiHCl3中的硅化合價降低，是氧化劑，錯誤；D項，根據(jù)關系式：SiO2～Si，含60kgSiO2的石英砂，理論上最多可制得EQ\f(60000g,60g·mol－1)×28g·mol－1＝28000g＝28kg高純硅，正確。7．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P普通玻璃的說法不正確的是()A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英B．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅反應生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起【答案】B【解析】A．普通玻璃以純堿、石灰石和石英為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得，故A正確；B．玻璃是混合物，沒有固定的熔點，故B錯誤；C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅，組成也可表示為Na2O·CaO·6SiO2，故C正確；D．二氧化硅易與燒堿溶液反應生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很強的黏合性，因此盛有NaOH等強堿性溶液的試劑瓶不能使用玻璃塞，故D正確；故答案為B。8.世博會中國館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。