高中化學(xué)《無機非金屬材料》學(xué)案1（新人教版選修2）

111課題1 無機非金屬材料 了解傳統(tǒng)的硅酸鹽工業(yè)的生產(chǎn)特點，知道其生產(chǎn)原理和產(chǎn)品的主要成分。 能舉例說明無機非金屬材料的特點。 討論社會發(fā)展和科技進步對材料的要求，認識化學(xué)對材料科學(xué)發(fā)展的促進作用。知識梳理1生產(chǎn)陶瓷的主要原料是 ，其主要生產(chǎn)過程為：混合成型干燥燒結(jié)冷卻。陶瓷的主要性質(zhì)有 、 、 、 、 。2制造普通玻璃的原料有 、 、 ，發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是 、 。3制造普通硅酸鹽水泥的原料有 、 、 。普通硅酸鹽水泥的主要成分是 、 、 、 。水泥在空氣中能吸水硬化，在水中也能硬化，即具有 性，因此是水下工程不可缺少的材料。水泥、沙子和碎石等的混合物叫 ，它的膨脹系數(shù)與鋼筋相當(dāng)，因此它常用鋼筋作結(jié)構(gòu)，增大強度。4氮化硅是一種新型的無機非金屬材料，它的制造方法有多種，一種方法是將高純硅與純氮氣混合，在1300條件下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為 ；也可以用四氯化硅和氮氣在氫氣保護下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為 。5工業(yè)上用二氧化硅和碳在電爐中反應(yīng)可以制得硅，反應(yīng)的方程式為 ，但這樣制得的硅純度不高，要制得高純硅，可以將上述粗硅與氯化氫氣體在250300條件下反應(yīng)，制得三氯硅烷，提純后的三氯硅烷被高純度的氫氣還原，即可以得到高純硅。寫出以上反應(yīng)的化學(xué)方程式 、 。6寫出二氧化硅和碳在電爐中加熱至高溫生成碳化硅（金剛砂）的化學(xué)方程式 ，反應(yīng)中的氧化劑和還原劑的質(zhì)量之比是 。71985年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了C60分子是由60個碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球，因此又叫足球烯。1991年科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一種碳的單質(zhì)碳納米管，它是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的管狀分子。用你學(xué)到的化學(xué)知識回答下列問題：C60所以稱為足球烯，是因為分子中有 鍵，所以C60可以與氫氣發(fā)生 反應(yīng)。金剛石、石墨、足球烯、碳納米管物理性質(zhì)是否相同？ ，原因是 。常溫下足球烯和碳納米管的化學(xué)性質(zhì)是否活潑？ ，簡要說明原因 。請你設(shè)計一個方案，證明足球烯和納米碳管是由碳元素組成的（以足球烯為例，用文字簡要敘述）： 。方法導(dǎo)引1硅酸鹽工業(yè)陶瓷玻璃水泥原料粘土（高嶺土）純堿、石英、石灰石石灰石、粘土等生產(chǎn)條件高溫高溫高溫原理復(fù)雜的物理化學(xué)變化Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分復(fù)雜的硅酸鹽硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸鈣主要性質(zhì)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫等無固定熔點具有水硬性2新型無機非金屬材料無機非金屬包括兩大類：一類是傳統(tǒng)無機非金屬材料；二類是新型無機非金屬材料。傳統(tǒng)無機非金屬材料：主要指硅酸鹽材料，如水泥、玻璃、陶瓷等，其優(yōu)點是有抗腐蝕性、耐高溫等，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊等弱點。新型無機非金屬材料：主要指新型陶瓷、光導(dǎo)纖維等。新型無機非金屬材料除繼承傳統(tǒng)無機非金屬材料的許多優(yōu)點、克服某些弱點外，還具有如下特性：耐高溫、強度高。具有電學(xué)特性，可用作集成電路的半導(dǎo)體。具有光學(xué)特性，如光導(dǎo)纖維，用于光纜通訊、醫(yī)療、信息處理等。具有生物功能。例題1水泥的成分主要有Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，則x ，y ，z 。分別用氧化物形式表示其組成為 、 、 。解析這是一個連帶型的推斷填空題。前后空格之間有著一定的聯(lián)系，只有正確填寫前面的空格，才可能得出最后的正確結(jié)果。此題可分二步考慮，第一步要正確寫出水泥的各種成分中氧原子的個數(shù)，第二步在已確定的化學(xué)式的基礎(chǔ)上，將其變換成氧化物的形式，根據(jù)化合物分子中多元素化合價代數(shù)和等于零的原則，可得x4，y5，z6，代入化學(xué)式中可得Ca2SiO4、Ca3SiO5、Ca3Al2O6，改寫成氧化物的形式分別為：2CaOSiO2，3CaOSiO2，3CaOAl2O3。 必須指出，在氧化物的表示形式中，兩種氧化物的化學(xué)式中間用的小黑點，已將這兩種氧化物分隔成獨立的部分。因此CaO前面的系數(shù)并不能包括后面的SiO2。答案4 ；5 ；6 ；2CaOSiO2 ；3CaOSiO2；3CaOAl2O3例題2氮化硅(Si3N4)是一種非氧化物高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料。粉末狀的Si3N4可以由SiCl4蒸氣和NH3氣體混合物制取。粉末狀的Si3N4對空氣和水都不穩(wěn)定。但是，將粉末狀的Si3N4和適量的MgO在2301.01105Pa和185的密閉容器中熱處理，可以得到結(jié)構(gòu)十分緊密，對空氣和水相當(dāng)穩(wěn)定的固體材料。寫出由SiCl4和NH3制備Si3N4的化學(xué)方程式 ；分別寫出粉末狀的Si3N4和H2O及O2反應(yīng)的方程式 、 ；為什么結(jié)構(gòu)緊密的固體Si3N4不再受水和O2的侵蝕？ 。解析SiCl4和NH3反應(yīng)，生成Si3N4，其中Si、N的化合價均未變，所以另一產(chǎn)物應(yīng)為HCl；Si3N4和H2O反應(yīng)時，SiN鍵要向SiO鍵轉(zhuǎn)化，生成穩(wěn)定的SiO2和N2；Si3N4與MgO在密閉容器中熱處理后，使Si3N4表面形成一層SiO2保護層，阻止了Si3N4繼續(xù)受空氣中的O2和H2O的侵蝕。答案3SiCl44NH3Si3N412HClSi3N46H2O3SiO24NH3 Si3N43O23SiO22N2Si3N4和MgO在密閉容器中熱處理后使Si3N4表面生成了一層SiO2保護層，阻止了Si3N4繼續(xù)受H2O和O2的侵蝕。111