【人教版】高中化学选修2：3.1《无机非金属材料》示范学案(含答案)

课题1 无机非金属材料

1．了解普通陶瓷、普通玻璃和普通水泥的生产原料、生产原理和各自在生产生活中的广泛应用。

2．了解新型陶瓷、单晶硅、石墨、金刚石、足球烯的生产原料、生产原理和主要用途。

7月，安徽省首张单晶硅太阳能电池片在芜湖正式下线，这标志着安徽省利用新能源发展光伏发电产业迈出了坚实的一步。

思考：如何才能得到单晶硅呢？

答案：一般先由高纯度焦炭与石英砂反应制得纯度为95%～99%的硅，由此再生产高纯硅。最后，采用高技术将硅拉制成纯度达到9个9的单晶硅材料。

一、传统硅酸盐材料

1．陶瓷

(1)制造：传统陶瓷大多是将___________与___________的混合物通过高温烧结制成，发生了复杂的化学反应。陶瓷色彩丰富，是由于釉料中主要含有一些____________，当窑内空气含量发生变化时，______________发生不同的________反应，产生不同的颜色。

(2)种类：___________及________是影响陶瓷品种和性能的关键技术。陶瓷主要分为___________、___________、___________等。

(3)性质：具有____________、__________、______、____、______等许多优点。

2．玻璃

(1)普通玻璃。

①主要原料：石英砂(主要成分是____)、石灰石(主要成分是____)和____。

②主要工序：________、___________、___________和___________等。

③制造的主要反应：____________________________、________________________。

④主要成分：__________、__________。

(2)特种玻璃。

含有钾和铅的原料用来制造________；加入________制成化学实验室中的玻璃仪器；加入一些________________可以得到颜色不同的玻璃。

3．水泥

(1)普通硅酸盐水泥的主要生产原料：_____________、___________和辅助原料(主要是

适量石膏CaSO4·2H2O)。

(2)普通硅酸盐水泥的主要成分：________(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(________)、铝酸三钙(__________)、________(4CaO·Al2O3·Fe2O3)等。

(3)普通硅酸盐水泥的性质：在空气和水中____。

自主思考：从材料使用上分析，“豆腐渣工程”主要与什么有关？

二、新型无机非金属材料

1．新型陶瓷

(1)新型陶瓷概述。

新型陶瓷已突破了以______________和______________两种元素为主的传统组成体系，进一步提高了陶瓷的性能，现代科技赋予陶瓷在______________、______________、______________、______________和________________等方面新的特性和功能。

(2)碳化硅。

①碳化硅的化学式为______________，又称______________，其结构与________________相似。

②工业制造的化学方程式：______________________。

(3)氮化硅。

氮化硅的化学式为________________，工业上常用的制造方法有：

①高纯硅与纯氮气反应：________________________。

②化学气相沉积法，化学方程式：_________________________________________。

2．现代信息基础材料——单晶硅

制备高纯硅的主要反应：________________________，________________________，______________________。

3．石墨、金刚石和C60——新材料诞生新科技

(1)人造金刚石的方法。

①在特殊条件下，可使____转变成金刚石。

②化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为_________________________________。

(2)C60材料。

①C60可与H2发生加成反应，C60可能成为新型____________材料。

②K3C60具有____________性，由此可开发高温超导材料。

③碳纳米管具有更大的____________________。

自主思考：讨论金刚石和石墨在生产和生活中的应用，并说明这些应用主要利用了它们的哪些性质？

答案:一、1.(1)黏土水金属及其化合物金属及其化合物氧化还原

(2)原料烧制温度土器炻器瓷器

(3)抗氧化抗酸碱腐蚀耐高温绝缘易成型

2．(1)①SiO2 CaCO3纯碱

②加热熔融澄清成型缓冷

③CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

④Na2SiO3 CaSiO3

(2)光学玻璃B2O3金属的氧化物或盐

3．(1)石灰石黏土

(2)硅酸三钙2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3铁铝酸钙

(3)硬化

自主思考

提示：主要与使用劣质水泥有关。

二、1.(1)Si O 光电磁化学生物学

(2)①SiC 金刚砂金刚石

②SiO2＋3C SiC＋2CO↑

(3)Si3N4

①3Si＋2N2Si3N4

②3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl

2．SiO2＋2C Si＋2CO↑ Si＋3HCl SiHCl3＋H2 SiHCl3

＋H2Si＋3HCl

3．(1)①石墨

②CH4C(金刚石)＋2H2

(2)①贮氢②超导③韧性

自主思考

提示：金刚石是最硬的天然物质，可作研磨材料；石墨是一种非常软而滑腻的物质，可作润滑材料。金刚石是电的绝缘体，不易导热；而石墨则是电的导体，导热性好，常用做电极材料。

一、传统硅酸盐材料

1．传统硅酸盐材料概述

从具体材料来说，传统硅酸盐材料是指陶瓷、玻璃和水泥及其制品；从生产和使用时间来说，传统硅酸盐材料历史比较长，特别是陶瓷，到唐宋时期，制造水平已经很高；从生产原料方面来说，传统硅酸盐材料一般是以黏土(主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O)、石英(主要成分为SiO2)、钾长石(主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2)和钠长石(主要成分为Na2O·Al2O3·6SiO2)等为原料生产的；从物质内部结构方面来说，一般都含有SiO4－4(立体网状结构)；从性能方面来说，大多数都具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点；从常见产品方面来说，陶瓷、玻璃和水泥是传统硅酸盐材料的主体。

硅酸盐中硅氧结构(如图)的特殊性决定了硅酸盐材料的性质。