人教版高中化学选修2第15课时《新型无机非金属材料》导学案

人教版高中化学选修2第15课时《新型无机非金属材料》导学案

学案

【学习目标】

1.了解新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的区别。

2.了解高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。

【重点难点】

高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。

课前预习

【情景材料】材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的发展史就是一部人类文明史。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的信息技术；没有特殊的新型材料，神州八号飞船就无法上天。可见，科技的发展和社会的进步往往受到材料的制约。反过来，一种新材料的发现可能回给社会带来革命性的变化。

新材料在不断涌现如1985年发现了足球烯。旧材料的功能也在拓展，如石英早就存在，石英钟的普及却是近几年的事，光导纤维使玻璃“老爷爷”又焕发了青春。

【预习内容】

根据教材有关内容填写下列空白：

二、新型无机非金属材料

1．新型陶瓷

新型陶瓷的组成已突破了以两种元素为主的传统组成体系，进一步提高了陶瓷的性能。

(1)碳化硅陶瓷

①特性：硬度，化学性质，耐，可作航天器的涂层材料。

②工业上制取碳化硅的反应方程式：。

(2)氮化硅陶瓷

①特性与用途：熔点，硬度，化学性质，在高温时仍可保持室温时的强度系数和硬度，可用于制造、和等。

②制取氮化硅(Si3N4)的反应式

a．；

b．。

2．现代信息基础材料——单晶硅

(1)硅是目前半导体工业最重要的基础材料，制取纯度为95%～99%的硅(粗硅)的反应方程式为

。

(2)用纯度为95%～99%的硅再生产高纯度硅的反应方程式是

①；

②。

3．石墨、金刚石和C60

金刚石、石墨、C60是碳的重要同素异形体。

(1)在金刚石、石墨、C60中熔点由高到低的顺序是：。

(2)金刚石和石墨二者可以相互转化，二者的转化属于变化。

(3)气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为： 。

⑷20世界80年代，又发现了碳的另一类单质，是由一系列 个碳原子组成的分子， 如 ，其中 最具代表性，在锂、液氨和正丁醇溶液中，C 60 可与氢加成得到 和 ，C 60可能成为新型 材料，K 3C 60 具有 性，可开发出高温 材料。C 60 将在 材料和 元器件的制造中有潜在的应用价值。

预习内容答案

二、1.Si 和O 高 稳定 2000℃高温 SiO 2＋3C SiC ＋2CO↑

高 大 稳定 轴承 汽轮机叶片 发动机受热面

3Si ＋2N 2

Si 3N 4 3SiCl 4＋2N 2＋6H 2Si 3N 4＋12HCl 2.SiO 2＋2C Si ＋2CO↑ Si ＋3HCl

SiHCl 3＋H 2 Si ＋3HCl SiHCl 3＋H 2

3.石墨>金刚石>C 60 化学

CH 4――――――――――――→微波或直流放电

基本温度950 ℃、氢气、稀有气体

C(金刚石)＋2H 2 偶数 C 60 、C 70 、 C 240、C 540、C 960 C 60 C 60H 18 C 60H 36 超导 复合 纳米

堂中互动

【问题探究1】常见新型无机非金属材料有几类？

【教师点拨】阅读教材P52～P55，找到标题就可以。

分析解答:

【即学即练1】有关材料分类正确的是( )

A.硅酸盐材料属于新型无机非金属材料

B.高温结构陶瓷属于新型的无机非金属材料，金属属于金属材料，但都属于结构材料

C.新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧化铝陶瓷等

D.氮化硅属于新型无机非金属材料，但不是高温结构材料

1.C 【解析】A 项中硅酸盐材料不是新型的材料，而是传统的材料；B 项金属中有些材料不是结构材料；D 项中氮化硅也是高温结构材料。

【问题探究2】新型无机非金属材料有何特点？

【教师点拨】现代科技赋予陶瓷在光、电、磁、化学和生物学等方面新的特性和功能，半导体材料、耐高温陶瓷、磁性陶瓷、透明陶瓷、牛物陶瓷等在信息、能源、生物等高新技术领域+得到广泛的应用。

分析解答：

．．．

A.新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高

B.光导纤维做通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便

C.高温结构陶瓷比金属材料具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点

D.光导纤维除用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理等许多方面

2.B 【解析】 光导纤维的主要成分是二氧化硅，其性质稳定，耐腐蚀能力要比金属材料要强得多，所以，认为它怕腐蚀的说法是不正确的。

【问题探究3】硅是目前半导体工业最重要的基础材料，其导电特性对杂质等十分敏感，因此，如何制备高纯度的硅？

【教师点拨】阅读教材P53，找到答案就可以。

分析解答：石英砂――→焦炭高温粗硅――→HCl 573 K 以上SiHCl 3(粗)――→精馏SiHCl 3(纯)――→H 21 357 K

高纯硅 【即学即练3】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl 3)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：

石英砂――→焦炭高温粗硅――→HCl 573 K 以上SiHCl 3(粗)――→精馏SiHCl 3(纯)――→H 21 357 K

高纯硅 ①写出由纯SiHCl 3制备高纯硅的化学反应方程式___________________________________ ________________________________________________________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl 3遇水剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，写出配平的化学反应方程式______________________________________________； H 2还原SiHCl 3过程中若混入O 2，可能引起的后果是______________________________。

(2)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，其熔点很高

E ．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释__________________________________________________。

3.(1)①SiHCl 3＋H 2=====1 357 K Si ＋3HCl ②SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋3H Cl↑＋H 2↑ 氧气与氢

气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl 3 (2)ABC (3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成 解释：Na 2SiO 3和NH 4Cl 均能够水解，二者相互促进，Na 2SiO 3水解生成H 2SiO 3，NH 4Cl 水解产生NH 3。【解析】(1)①根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl 3与H 2反应的化学方程式。

②SiHCl 3和H 2O 剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，分析它们化合价的变化可知