第二单元　
功能各异的无机非金属材料
   
课堂互动讲练
探究整合应用
知能优化训练
第二单元　功能各异的无机非金属材料
课前自主学案
课前自主学案
一、生活中的硅酸盐材料
1．硅酸盐材料：陶瓷、普通玻璃、水泥的主要成分是__________。
2．陶器和瓷器
(1)原料：陶器和瓷器都是用________制造的。
硅酸盐
黏土
(2)烧制过程：黏土的主要成分是_________。黏土去除杂质后，经过制泥、成型、干燥、______就可以得到陶瓷制品。陶瓷在高温烧制时发生了复杂的__________变化。

硅酸盐
烧制
物理化学
思考感悟
1．砖瓦应属于陶器，为什么有的是红色的，有的是青色的？
3．玻璃的制作原料和成分：普通玻璃是以__________、_________和_________为原料，粉碎后按一定比例混合在熔炉中共熔制成的。其主要成分是__________、_________和___________。玻璃是混合物，没有固定的______。
石英砂
碳酸钠
碳酸钙
Na2SiO3
CaSiO3
SiO2
熔点
思考感悟
2．厨房里久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会出现白色斑点，这种现象化学上称为“碱析”，产生碱析的原因是什么？
提示：玻璃的主要成分是CaSiO3、Na2SiO3和SiO2，其中的硅酸钠能与空气中的CO2、水蒸气作用，缓慢生成Na2CO3，从而使玻璃失去光泽，甚至出现明显的Na2CO3粉末，即白色斑点。
5．水泥的成分和特性：硅酸盐水泥是以__________和______为原料，在水泥回转窑中高温煅烧后粉碎研磨而成。它的主要成分是硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)。水泥具有_________，可以作建筑材料。
石灰石
黏土
水硬性
二、光导纤维和新型陶瓷材料
1．光导纤维传输优点：光导纤维传输信息比利用金属导体传输有__________、________________的优点，而且节约了大量的有色金属。
2．新型陶瓷材料
(1)分类：新型陶瓷分成两大类，即________________________和_____________。
(2)结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能。
(3)功能陶瓷具有电、光、磁、化学和生物特性，具有相互交换功能。
容量大
传输速度快
结构陶瓷(或工程陶瓷)
功能陶瓷
1．考古工作者从地下挖出一种用黏土烧制的表面较为粗糙的小罐，经测试该小罐对水有一定的渗透性。下列对该小罐有关的叙述错误的是(　　)
A．这是一种陶器
B．这是一种瓷器
C．在我国历史上，这种质地的器皿在唐宋时期已有较高的制作水平
D．江苏宜兴制作的这种质地的器皿在世界上享有盛誉
解析：选B。瓷器表面光滑；陶器表面粗糙、有一定的渗水性。
2．下列具有特殊性能的材料中，全部由非金属元素形成的化合物是(　　)
A．透明陶瓷材料硒化锌
B．氧化铝陶瓷(人造刚玉)
C．超硬物质氮化硅陶瓷
D．超导材料K3C60
解析：选C。注意“全部由非金属元素形成”的信息，A、B、D三项物质同时含金属和非金属元素，不符合要求。
3．光缆通讯能同时传输大量信息，一条光缆通路可同时容纳十亿人通话，也可以同时传送多套电视节目，是一种现代化通讯手段。制造光缆的主要材料是(　　)
A．光导纤维　　　　　　　    B．氧化铝陶瓷
C．合成纤维              D．天然高分子材料
解析：选A。光导纤维具有传导光的能力强，能同时传输大量信息，抗干扰性能好、耐腐蚀、铺设方便等特点，符合做光缆主要材料的要求。
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(4)普通玻璃的主要成分为硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)和二氧化硅(SiO2)。
(5)玻璃的特点：①玻璃属于混合物，因此玻璃没有一定的熔点，只是在某一温度内逐渐软化。在软化时，可以被吹成各种形状的容器。②普通的玻璃有光滑的平面，是很好的采光和保暖材料。
特别提醒：1.制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。
2．碱性试剂如NaOH溶液、Na2CO3溶液等，只能用带橡胶塞的试剂瓶存放。因为碱性试剂能与玻璃塞的主要成分SiO2反应。
3．钢化玻璃的主要成分与普通玻璃的主要成分完全相同。
4．氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛放。可用氢氟酸雕刻玻璃花纹。
2．水泥
水泥的成分和特性：硅酸盐水泥是以石灰石和黏土为原料，在水泥回转窑中高温煅烧后粉碎研磨而成。它的主要成分是硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)。水泥具有水硬性，可以作建筑材料。
特别提醒：1.在水泥中加入石膏的目的是调节水泥的硬化速率。
2．水泥的主要成分常用氧化物的形式表示，但水泥的主要成分是硅酸盐、铝酸盐，而不是氧化物。
3．水泥吸水能力强，储存和运输过程中注意防水、防潮。

           有三种透明、不溶于水的坚硬固体，A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体密度为氧气密度的1.375 倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸；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。
(1)A的名称为__________，写出有关反应的化学方程式：_________________________；
(2)B的名称为__________，写出有关反应的化学方程式：
________________________________________________________________________；
(3)C的名称为__________，写出有关反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
【解析】　解答本题应从A的燃烧产物入手，该气体的相对分子质量为：Mr＝32×1.375＝44。该气体为无色而且能使澄清石灰水变浑浊，应为CO2。因为A为透明、不溶于水的坚硬固体，由此推断A为金刚石。B同样为透明、不溶于水的坚硬固体，但可溶于热的苛性钠溶液，所得溶液中加入过量酸时可析出白色固体，最终得到一种比碳酸还弱的酸，因此B固体为水晶。C物质由石灰石、纯碱和B物质(水晶)混合加热反应而得，在高温时软化，无固定熔点，这是玻璃的性质特点，故C为玻璃。
变式训练1　关于陶瓷和水泥，下列说法中正确的是(双选)(　　)
A．瓷砖坚硬、耐磨、耐水，不会腐朽霉变，便于清洗
B．制备陶瓷和水泥的共同原料是黏土和石灰石
C．水玻璃是一种玻璃
D．水泥、沙子和水的混合物叫水泥沙浆，是建筑用黏合剂
解析：选AD。厨房、、卫生间的地面和墙面宜采用瓷砖装修，是因为瓷砖坚硬、耐磨、耐水，不会腐朽霉变，便于清洗，A项正确。制备陶瓷的原料是黏土、长石、石英，制备水泥的原料是石灰石、黏土和辅助原料，所以制备陶瓷和水泥的共同原料只有黏土，B项不正确。水玻璃是硅酸钠的水溶液，而不是一种玻璃，C项不正确。水泥具有水硬性，水泥、沙子和水的混合物是建筑用黏合剂。
           获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法有：
方法一：三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
方法二：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。
根据上述信息回答以下问题：
(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由焦炭还原得到的硅为何还要进一步处理？
(2)写出方法二中生产高纯硅的两个化学反应方程式：
①__________________________。
②________________________________________________________________________。
(3)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式________________________________________________________________________。
(4)在方法一中，整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式____________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是________。
(5)比较方法一和方法二，分析各自的优缺点____________________________________________________________。
(6)下列有关硅材料的说法正确的是________。(填字母)
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
【解析】　(1)C还原SiO2得到的单质硅是粗硅，杂质的含量高，需要进一步提纯处理；(2)Mg2Si与盐酸作用生成硅烷，同时生成MgCl2；(3)注意副产物为HCl；(4)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式3SiHCl3＋3H2O=== H2SiO3＋H2↑＋3HCl；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是：高温下，H2遇O2发生爆炸；(6)Si3N4为原子晶体，熔点高，性质稳定，B正确。光导纤维的材料为SiO2，C正确。普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石
(5)方法一的优点是原料来源丰富，但与方法二相比，步骤较复杂，方法二的优点是流程简单，缺点是原料需要制备
(6)BCD
【规律方法】　本题为广东高考题的改编，虽然提供的信息很多，但是考生只要掌握了教材中所讲的制备硅的三个反应方程式，再根据信息提示进行拓展延伸，就很容易解决此题。所以高考题并不高深，研究教材最为关键。
变式训练2　硅酸盐工业的家庭成员之一——陶瓷的发源地是中国，陶瓷有着优良的电绝缘性能，在无线电、电子仪器等技术领域有着广泛的用途，如利用压电陶瓷这一特性制造超声波仪器，利用高温陶瓷的耐高温的特性制造应用于航天技术的新型陶瓷。以下关于无机非金属材料的说法中，你认为合理的有________(填序号)。
①传统无机非金属材料具有耐高温、抗腐蚀等优点，但是质脆、经不起热冲击。
②新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差。
③水玻璃属于传统无机非金属材料，既不燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可以作黏合剂等。
④钢化玻璃和铅玻璃都属于新型无机非金属材料。
⑤高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料。
⑥氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷柴油机的受热面。
⑦生产光导纤维的主要原料是二氧化硅，光导纤维对光的传导能力极强，抗干扰能力极强。
解析：从性能上讲，传统无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等优点，但也有质脆、不耐热冲击等缺点，新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，其中高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等，具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，常用于发动机的受热面。
答案：①③⑤⑥⑦
探究整合应用
对材料的综合考查
人类社会使用的材料经过了如图所示的发展历程。
随着社会的发展，科技的进步，材料科学愈加重要。因此，现在高考中加大了对材料题目的考查力度，实际上材料题目的处理并不是很难。我们应该从材料中来，回到题目中去。通过阅读材料就会解决它给出的问题。因此要利用好题目给出的材料，认真阅读找到解决有关问题的关键字眼。
           回答以下问题
(1)试举出三种天然材料：________________________________________________________________________。
(2)目前硅铝合金是用量最大的硅合金。某探究性学习小组用某品牌的硅铝合金与足量的稀硫酸反应测定合金中硅元素的质量分数，实验装置如下：
①装置中导管a的作用是________________________________________________________________________；
②读碱式滴定管的读数时应该注意________________________________________________________________________；
③若合金的质量为m，生成H2的体积为V mL(已换算为标准状况体积)，则合金中Si的质量分数为____________(列原始计算式)。