1、课题1 无机非金属材料1了解水泥、玻璃、陶瓷生产的原理，主要性能和用途。2了解几种新型无机非金属材料。3认识化学在现代社会、现代科技中的重要作用。01 基础 自主落实02 要点 系统认知03 检测 课堂达标04 演练 效果检测一、传统硅酸盐材料传统硅酸盐材料一般是以、等为原料生产的，这些原料中一般都含有，空间结构为，结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有、等特点。因此由它们制造的陶瓷、玻璃、水泥等材料，被广泛地应用于生产和生活中。黏土石英钾长石钠长石SiO44四面体稳定性强硬度高熔点高难溶于水绝缘耐腐蚀1陶瓷：传统陶瓷多是将与的混合物通过高温烧结制成；陶瓷种类很多，主要分为、等，及是影响陶瓷品种
2、和性能的关键技术；陶瓷色彩丰富，这是釉料中含有的一些，因发生不同的，而形成不同的颜色。黏土水土器炻器瓷器原料烧制温度金属及其化合物氧化还原反应2玻璃：普通玻璃是以、和为主要原料，经过若干工序制成，它的主要成分为和，制造过程中发生的主要反应是、；为了得到多种玻璃可加入不同化学物质，如：含有钾和铅的原料来制造，化学实验中的仪器玻璃中含有，加入 Co2O3 可得蓝色玻璃。石英砂石灰石纯碱Na2SiO3CaSiO3Na2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2=高温 CaSiO3CO2光学玻璃B2O33水泥：普通硅酸盐水泥的生料是、和辅助原料，在窑中煅烧得到熟料再配以适量的及其他混
3、合材料即得产品；水泥的主要成分是、等。石灰石黏土石膏3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3二、新型无机非金属材料1新型陶瓷：新型陶瓷突破了以和两种元素为主的传统组成体系，如 SiC 又称金刚砂，其制备反应方程式为；再如氮化硅，有多种制造方法(写出制备反应方程式)：(1)；(2)。Si O SiO23C=1 900 SiC2CO3Si2N2=1 300 Si3N43SiCl42N26H2=Si3N412HCl2单晶硅：高纯度硅制备的主要反应：(1)，(2)，(3)。SiO22C=1 6001 800 Si2COSi3HCl=250300 Cu粉或Ag粉SiHCl3H2SiHCl3H2
4、=1 1001 200 Si3HCl3石墨、金刚石和 C60：20 世纪 50 年代石墨转变成金刚石的生产条件是、；化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为。C60 材料是碳的另一类单质，类似约还有、等。C60 可能成为，而具有超导性，可开发出高温超导材料，碳纳米管则具有更大的韧性。1 3001400 6106 kPa7106 kPa Fe、Co、Ni等金属作催化剂CH4微波或直流放电基体温度约950，氢气、稀有气体 C(金刚石)2H2C70C240C540C960新型贮氢材料K3C60要点一 传统硅酸盐材料1传统硅酸盐材料的原料和特点沙石、黏土、石英、石棉、高岭石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物，
5、传统硅酸盐产品以黏土、石英、钾长石和钠长石为原料。原料中一般都含有SiO44，硅氧结构的特点是稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等。2三种常见的硅酸盐产品比较水泥玻璃陶瓷原料石灰石和黏土纯碱、石灰石和石英黏土设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑反应原理在高温下，发生复杂的物理变化和化学变化在高温下，发生复杂的物理、化学变化。其中的主要反应是：Na2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2=高温CaSiO3CO2手工生产陶瓷的过程是：原料混合加工成型干燥烧结冷却等水泥玻璃陶瓷主要成分硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOAl2O3)N
6、a2SiO3、CaSiO3 和过量的 SiO2 熔化后得到的玻璃态物质成分复杂主要性质水硬性，即细粉状水泥遇水后变为坚硬的固体玻璃没有固定熔点；易被氢氟酸腐蚀；易被碱腐蚀抗氧化、耐酸碱、耐高温、绝缘、易加工成型等特点，广泛用于生产和生活中水泥玻璃陶瓷其他水泥的主要用途：非常重要的建筑材料几种特种玻璃：光学玻璃、钢化玻璃、石英玻璃等根据原料、烧制温度等的不同，陶瓷器主要分为土器、陶器、瓷器、炻器等环境问题在生产硅酸盐产品的过程中，往往会向大气中排放大量的粉尘而造成大气污染。生产水泥还需要煤和空气以提供热能，煤的燃烧也会排放出烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物等而造成大气污染，因此生产水泥要注意保护环境
7、例 1 根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()以含硅物质作为原料 主要产物是硅酸盐 反应条件是高温 反应原理是复杂的物理和化学变化A B C D解析 陶瓷在生产过程中使用含硅酸盐的原料，在高温条件下发生的是复杂的物理(熔化)、化学变化(硅酸盐参与的反应)，产品的主要成分是硅酸盐。答案 C1下列六种工业生产：用海水为原料提取镁；制硅酸盐水泥；制普通玻璃；冶炼生铁；制漂白粉；接触法制硫酸，其中必须用到石灰石作为原料的是()A BCD解析：用海水为原料提取镁首先要将海水中的镁离子转化成氢氧化镁，所用的碱是氢氧化钙，它来源于石灰石；制水泥、玻璃的原料中也有石灰石；工业上用氯气和石灰乳反
8、应来制取漂白粉，需用到石灰石来制石灰乳；接触法制硫酸的原料主要是硫磺或黄铁矿，用不到石灰石。A 项正确。答案：A要点二 新型无机非金属材料1碳化硅(SiC)碳化硅称金刚砂，结构与金刚石相似，硬度大、耐高温，可作航天器的涂层材料。工业上制备碳化硅的化学方程式为：SiO23C=1 900 SiC2CO。2氮化硅(Si3N4)氮化硅熔点高、硬度大、化学性质稳定，它的制造方法有多种，一种方法是将高纯硅与纯氮气混合，在 1 300 条件下反应制得，化学方程式为：3Si2N2=1 300 Si3N4；也可以用四氯化硅和氮气在氢气保护下反应制得，化学方程式为：3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。
9、3单晶硅(Si)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，必须首先制备高纯度的硅。工业上用二氧化硅和碳在电炉中反应可以制得硅，反应的化学方程式为：SiO22C=1 6001 800 Si2CO。但这样制得的硅纯度不高，要制得高纯硅，可以将上述粗硅与氯化氢气体在 250300 条件下反应，制得三氯硅烷，提纯后的三氯硅烷被高纯度的氢气还原，即可以得到高纯硅，反应的化学方程式为：Si3HCl=250300 Cu粉或Ag粉SiHCl3H2，SiHCl3H2=1 1001 200 Si3HCl。4碳的同素异形体金刚石和石墨已经在生产中得到了广泛的应用。工业上，在 1 3001 40
10、0、压强为 6106 kPa7106 kPa 条件下，用 Fe、Co、Ni 等金属作催化剂，可以使石墨转变成金刚石，该方法成本高、不易加工，化学气相沉积法克服了高压合成金刚石的缺点，被誉为20世纪的炼金术，其原理为：CH4微波或直流放电基体温度约950，氢气、稀有气体C(金刚石)2H2。1985 年，科学家发现了 C60 分子是由 60 个碳原子构成的，它的形状像足球，因此又叫足球烯，它的一系列研究为科学技术发展打开了新的领域。1991 年科学家又发现了一种碳的单质碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状分子。例 2 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
11、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：石英砂 焦炭高温 粗硅HCl573 K以上 SiHCl3粗 精馏 SiHCl3纯 H21 357 K 高纯硅方法二：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：_；_。(3)写出由纯 SiH
12、Cl3 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，分析一下各自的优缺点_。(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，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解析(1)C 还
13、原 SiO2 得到的单质硅是粗硅，杂质的含量高，需要进一步的提纯处理；(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：SiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl；H2 还原 SiHCl3 过程中若混入 O2，可能引起的后果是：Si 被 O2 氧化，高温下，H2 遇 O2 发生爆炸；(6)SiC 和 Si3N4 均为原子晶体，熔点高，性质稳定，A 正确；B、C 选项，回忆课本硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；D 项玻璃是混合物，没有固定的熔点；E 项
14、盐酸和硅不反应。答案(1)由 C 还原 SiO2 得到的单质硅中，杂质含量过高。(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4SiH4=Si2H2(3)SiHCl3H2=Si3HCl(4)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2Si 被氧化成 SiO2 而得不到 Si 单质，H2 和 O2 混合发生爆炸(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)ABC2在高新技术蓬勃发展的今天，陶瓷材料被称为“支撑未来高新技术的尖端材料”，广泛应用在航空、航天、信息、医疗、交通运输等许多领域。下列说法中正确的是()A新型陶瓷材料和传统陶瓷
15、材料都是硅酸盐材料B新型陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷C制造新型陶瓷制品的原料以天然矿物为主D现在已经制造出的新型陶瓷材料大都性能优异，具有很好的延性和超塑性解析：新型陶瓷材料的化学组成已经远远超出了硅酸盐的范围，不再是传统的硅酸盐材料，故 A 是错误的。制造新型陶瓷制品所用的原料已从天然矿物发展为人工合成的超细、高纯的化工原料，故 C 错误。目前，人们成功制造出的许多新型陶瓷材料，虽然性能优异，但仍然属于脆性材料，延性不会很好，故 D 错误。答案：B1与陶瓷、玻璃、水泥同类的物质是()A光导纤维 B有机玻璃C人造纤维D砖瓦解析：陶瓷、玻璃、水泥属于硅酸盐材料，是传统无机非金属材料，因此只有
16、 D 项符合。答案：D2过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成()水泥 玻璃 瓷器 混凝土 一种硅酸盐产品A和B和CD解析：水泥的主要成分是 2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3 和铁铝酸钙，其生产原料为黏土、石灰石。混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。泥沙的主要成分是 SiO2，与纯碱、生石灰在高温下发生如下反应：SiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2，SiO2CaO=高温 CaSiO3，而 Na2SiO3、CaSiO3与 SiO2 的熔合物即是玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品，故答案为 B。答案：B3下列对材料的特性及用途的叙述不正确的
17、是()A氧化铝陶瓷具有两性，因此可用来制造人造牙齿B氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机部件C光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料D人造刚玉硬度高，可用于制造刚玉球磨机解析：本题以新型无机非金属材料为题材着重考查了性质决定用途这一原则，并与生产和生活相联系。要求学生能够认识生产、生活中化学的重要作用。氧化铝陶瓷用来制造人造牙齿的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性而不是由于其两性；氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，所以用于制造柴油机部件时不需要冷却，损失的能量小；光导纤维传导光的能力很强，在通讯时用于传导光信号；人造刚玉(氧化铝)硬度高，所以可用作球磨机材料。答案：A4下列关
18、于无机非金属材料的说法中正确的是()A传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐解析：A 项中光导纤维是新型无机非金属材料；B 项中强度比较差是错误的；D 项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。答案：C5A、B、C、D、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空：(1)形成单质 A 的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B 的化学式(分子式)为_，B 的晶体类型为_，B 和碳反应生成A 和 E 的化学方程式是_。(3)C 的化学式(分子式)为_，D 的化学式(分子式)为_。解析：根据“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属单质”可确定 A 是 Si 单质，它可由SiO2 和碳单质在高温条件下反应制取。答案：(1)4(2)SiO2 原子晶体 SiO22C=高温 Si2CO(3)CaSiO3 Na2SiO304 演练 效果检测