第二单元 功能各异的无机非金属材料
1．生产玻璃的化学原理。(重点) 2．变色玻璃的变色原理。(重点) 3．新型材料的性能和用途。(重难点)
一、生活中的硅酸盐材料
1．硅酸盐材料：陶瓷、普通玻璃、水泥的主要成分是硅酸盐。 2．陶器和瓷器
(1)原料：陶器和瓷器都是用黏土制造的。
(2)烧制过程：黏土的主要成分是硅酸盐。黏土去除杂质后，经过加水混匀制成所需形状的坯件，再经过高温烧制就可以得到陶瓷制品。陶瓷在高温烧成时发生了复杂的物理变化和化学变化。
3．玻璃
(1)玻璃的制作原料和成分：普通玻璃是以石英砂、碳酸钠和碳酸钙为原料，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Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。玻璃是混合物，没有固定的熔点。
(2)变色玻璃的变色原理：变色玻璃中加入适量的溴化银和氧化铜。当在强光照射时，光
发生反应2AgBr=====2Ag＋Br2，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃颜色呈现暗棕CuO
色。当光线变暗时，发生反应2Ag＋Br2=====2AgBr，使得玻璃颜色又变浅。
4．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、硅酸三钙和铝酸三钙。水泥具有水硬性，可以做建筑材料。
1．秦代兵马俑属于陶器还是瓷器？ 【提示】 属于彩陶制品。 二、光导纤维和新型陶瓷材料
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1．光导纤维
1 300 ℃
(1)光导纤维的成分是SiO2，制备时发生的化学反应为SiCl4(g)＋O2(g)=====SiO2(s)＋2Cl2(g)。
(2)光导纤维的用途：
①由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆，用于光纤通信，其优点为容量大、速度快； ②光纤可用于传输激光，在医疗方面有重要用途；
③光纤可用于制造各种传感器，用于检测温度、压强、磁场、电流、速度等。 2．新型陶瓷
(1)分类：新型陶瓷分为两大类，即结构陶瓷(或工程陶瓷)和功能陶瓷。 (2)结构陶瓷：
结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如纳米陶瓷成功的解决了陶瓷易碎的问题。
(3)功能陶瓷：
①功能陶瓷具有电、光、磁、化学和生物特性，且有相互转换功能，如生物陶瓷。 ②生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无毒，不会致癌，适合植入体内，可用于人体器官和组织的修复或再造。
2．光缆和电缆相比有哪些优点？
【提示】 容量大，传输速度快，质量轻。
第1步探究——问题引入，自主探究 1．制造普通玻璃的过程中涉及到氧化还原反应吗？ 【提示】 没有。
2．水泥、玻璃、陶瓷有固定的熔点吗？ 【提示】 没有，因为它们都是混合物。 第2步阐述——要点归纳，深化知识 生产原料 水 泥 石灰石、黏土 玻 璃 纯碱、石灰石、石英 陶 瓷 黏土 传统硅酸盐材料 2
强热添加剂原料――→熔化――→成型 生产阶段 和主要化 学方程式 磨细煅烧原料――→生料――→熟料石膏粉――→成品 磨细高温Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑ 高温CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑ 主要成分 及种类 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 有水硬性：跟水掺和搅拌后凝固变硬、水中也能硬化 水泥回转窑 普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃 玻璃态物质无固定熔点，在一定温度范围内软化 玻璃熔炉 种类：土器、陶器、瓷器、炻器等 抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘性强 陶瓷窑 混合→成型→干燥→烧结→冷却 主要性能 典型设备 共同特点 高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷却后成为复杂的硅酸盐
玻璃上镀银实验成功的关键点 (1)玻璃要干净。
(2)银镜反应过程中，不能搅拌溶液。
(3)即使是水浴加热，温度也不能过高，否则易出现黑银。 第3步例证——典例印证，思维深化
普通玻璃的主要成分是( ) ①Na2SiO3 ②CaCO3 ③CaSiO3 ④SiO2 ⑤Na2CO3 ⑥CaO A．①③⑥ C．①③④
B．②③④ D．③④⑤
高温高温【解析】 生产普通玻璃的反应为Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑，故普通玻璃的主要成分为CaSiO3、Na2SiO3、SiO2。
【答案】 C
传统的无机非金属材料一般指硅酸盐材料，如普通玻璃、普通水泥、普通陶瓷。从“硅酸盐制品”顾名思义可知必含“硅、氧”两种元素。
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第4步运用——精选习题，落实强化
1．下列说法正确的是( ) A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D．普通玻璃有固定的熔沸点
【解析】 B中刻蚀石英用氢氟酸，C中水晶成分为二氧化硅，D中普通玻璃是混合物，无固定熔沸点。
【答案】 A
第1步探究——问题引入，自主探究 1 300 ℃
1．在SiCl4(g)＋O2(g)=====SiO2(s)＋2Cl2(g)中，氧化产物是哪种物质？ 【提示】 Cl2
2．生物陶瓷有哪些优点？
【提示】 生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无毒，不会致癌，适合植入人体中，可用于人体器官和组织的修复或再造。
第2步阐述——要点归纳，深化知识 含义 成分 优良性能 光导纤维 从高纯度的SiO2的熔融体中拉出的直径为10 μm的细丝 SiO2 抗干扰性能好，通信质量高，信息传输量大，防窃听，密度小，耐腐蚀，易铺设维护 优良的通信材料、用于医疗、信息传递、高温结构陶瓷 具有特殊结构的耐高温陶瓷 Si3N4、Al2O3、SiC、ZrO2等 密度小、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化及酸碱腐蚀 制造发动机不怕高温、不需水冷、体积小、重量轻、热效率高，用于汽车制造业、航空航天工业等领域 光导纤维和新型陶瓷材料 重要用途 传能传像、遥测遥控和照明等领域 第3步例证——典例印证，思维深化 有关光导纤维的说法不正确的是( ) A．光导纤维是一种高质量传导光信息的玻璃纤维
B．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通信质量高，能防窃听 C．光导纤维是由普通玻璃制成的，普通玻璃拉成细丝即可得到光导纤维
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D．光导纤维是由二氧化硅制成的
【解析】 光导纤维的成分与普通玻璃的成分不同，前者是SiO2，后者是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的混合物。
【答案】 C
第4步运用——精选习题，落实强化
2．高温结构陶瓷与金属材料相比，优点是( ) A．耐高温耐腐蚀，不怕氧化 B．密度大，硬度大
C．韧性好，易于切削、锻打、拉伸 D．良好的传热导电性
【解析】 高温结构陶瓷具有高熔点、抗腐蚀、抗氧化、结构稳定、密度小、硬度大等优良性能；韧性好，易于切削、锻打、拉伸和良好的传热导电性是金属的优良性能。
【答案】 A
1．下列不属于硅酸盐材料的是( ) A．石英 C．普通玻璃
B．黏土 D．普通水泥
【解析】 石英的成分是SiO2，SiO2不属于硅酸盐。
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【答案】 A
2．与普通玻璃成分相同的物质是( ) A．石英玻璃 C．钢化玻璃
B．水玻璃 D．光学玻璃
【解析】 石英玻璃是二氧化硅，水玻璃是硅酸钠的水溶液，光学玻璃是普通玻璃中加入了其他物质，钢化玻璃是熔融的普通玻璃急剧冷却形成的。
【答案】 C
3．有关材料的用途不正确的是( ) A．高温结构陶瓷可以制作耐酸设备 B．氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备 C．氮化硅陶瓷可以制造轴承 D．光导纤维可用于传能传像、照明等
【解析】 氧化铝是高温耐火材料，可以制作耐高温设备。 【答案】 B
一定条件
4．氮化铝是一种新型陶瓷材料，制备反应为：Al2O3＋N2＋3C=======2AlN＋3CO，关于该反应的说法正确的是( )
A．C作氧化剂 B．Al2O3作还原剂 C．N2发生还原反应 D．AlN是氧化反应的产物
0
＋2
＋3
【解析】 A项，C ―→CO碳元素化合价升高，发生氧化反应，C作还原剂；B项，Al2
＋3
0
－3
O3―→AlN铝元素化合价没变，故Al2O3不作还原剂；C项，N2―→AlN氮元素化合价降低，N2发生还原反应；D项，AlN是N2发生还原反应所得产物，故为还原产物。
【答案】 C
5．玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。
(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是________、________、________，粉碎后放入玻璃窑中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是________、________、________。
(2)某玻璃中含Na2O、CaO、SiO2的质量之比为31∶28∶180，此玻璃的组成可表示为(填选项)________。
A．Na2O·CaO·6H2SiO3 B．Na2O·CaO·6SiO2 C．2Na2O·2CaO·9SiO2
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【答案】 A
2．与普通玻璃成分相同的物质是( ) A．石英玻璃 C．钢化玻璃
B．水玻璃 D．光学玻璃
【解析】 石英玻璃是二氧化硅，水玻璃是硅酸钠的水溶液，光学玻璃是普通玻璃中加入了其他物质，钢化玻璃是熔融的普通玻璃急剧冷却形成的。
【答案】 C
3．有关材料的用途不正确的是( ) A．高温结构陶瓷可以制作耐酸设备 B．氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备 C．氮化硅陶瓷可以制造轴承 D．光导纤维可用于传能传像、照明等
【解析】 氧化铝是高温耐火材料，可以制作耐高温设备。 【答案】 B
一定条件
4．氮化铝是一种新型陶瓷材料，制备反应为：Al2O3＋N2＋3C=======2AlN＋3CO，关于该反应的说法正确的是( )
A．C作氧化剂 B．Al2O3作还原剂 C．N2发生还原反应 D．AlN是氧化反应的产物
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＋2
＋3
【解析】 A项，C ―→CO碳元素化合价升高，发生氧化反应，C作还原剂；B项，Al2
＋3
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－3
O3―→AlN铝元素化合价没变，故Al2O3不作还原剂；C项，N2―→AlN氮元素化合价降低，N2发生还原反应；D项，AlN是N2发生还原反应所得产物，故为还原产物。
【答案】 C
5．玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。
(1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是________、________、________，粉碎后放入玻璃窑中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是________、________、________。
(2)某玻璃中含Na2O、CaO、SiO2的质量之比为31∶28∶180，此玻璃的组成可表示为(填选项)________。
A．Na2O·CaO·6H2SiO3 B．Na2O·CaO·6SiO2 C．2Na2O·2CaO·9SiO2
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