高中化学《无机非金属材料》学案3 新人教版选修2

用心 爱心 专心1 无机非金属材料无机非金属材料 了解传统的硅酸盐工业的生产特点 知道其生产原理和产品的主要成分 能举例说明无机非金属材料的特点 讨论社会发展和科技进步对材料的要求 认识化学对材料科学发展的促进作用 知识梳理知识梳理 1 生产陶瓷的主要原料是 其主要生产过程为 混合 成型 干燥 烧结 冷 却 陶瓷的主要性质有 2 制造普通玻璃的原料有 发生的主要反应的化学方程式 是 3 制造普通硅酸盐水泥的原料有 普通硅酸盐水泥的主要 成分是 水泥在空气中能吸水硬化 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 它的膨胀系数与钢筋相当 因 此它常用钢筋作结构 增大强度 4 氮化硅是一种新型的无机非金属材料 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 1300 条件下反应制得 化学方程式为 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 5 工业上用二氧化硅和碳在电炉中反应可以制得硅 反应的方程式为 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 250 300 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 写出以上反应的化学方程式 6 写出二氧化硅和碳在电炉中加热至高温生成碳化硅 金刚砂 的化学方程式 反应中的氧化剂和还原剂的质量之比是 7 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 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 用你学到的化学知识回答下列问题 C60所以称为足球烯 是因为分子中有 键 所以 C60可以与氢气发生 反应 金刚石 石墨 足球烯 碳纳米管物理性质是否相同 原因是 用心 爱心 专心2 常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼 简要说明原因 请你设计一个方案 证明足球烯和纳米碳管是由碳元素组成的 以足球烯为例 用文字 简要叙述 方法导引方法导引 1 硅酸盐工业 陶瓷玻璃水泥 原料粘土 高岭土 纯碱 石英 石灰石石灰石 粘土等 生产条件高温高温高温 原理复杂的物理 化学变化 Na2CO3 SiO2 Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 复杂的物理 化学变化 主要成分复杂的硅酸盐硅酸钠 硅酸钙 二氧化硅硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸钙 主要性质抗氧化 抗酸 碱腐蚀 耐高 温等 无固定熔点具有水硬性 2 新型无机非金属材料 无机非金属包括两大类 一类是传统无机非金属材料 二类是新型无机非金属材料 传统无机非金属材料 主要指硅酸盐材料 如水泥 玻璃 陶瓷等 其优点是有抗腐蚀性 耐高温等 但也有质脆 经不起热冲击等弱点 新型无机非金属材料 主要指新型陶瓷 光导纤维等 新型无机非金属材料除继承传统无机非金属材料的许多优点 克服某些弱点 外 还具有如下特性 耐高温 强度高 具有电学特性 可用作集成电路的半导体 具有光学特性 如光导纤维 用于光缆通讯 医疗 信息处理等 具有生物功能 例题 1 水泥的成分主要有 Ca2SiOx Ca3SiOy y Ca3Al2Oz 则x y z 高温 高温 用心 爱心 专心3 分别用氧化物形式表示其组成为 解析 这是一个连带型的推断填空题 前后空格之间有着一定的联系 只有正确填写前面 的空格 才可能得出最后的正确结果 此题可分二步考虑 第一步要正确写出水泥的各种 成分中氧原子的个数 第二步在已确定的化学式的基础上 将其变换成氧化物的形式 根 据化合物分子中多元素化合价代数和等于零的原则 可得 x 4 y 5 z 6 代入化学式 中可得 Ca2SiO4 Ca3SiO5 Ca3Al2O6 改写成氧化物的形式分别为 2CaO SiO2 3CaO SiO2 3CaO Al2O3 必须指出 在氧化物的表示形式中 两种氧化物的化学式中间用的小黑点 已将这两种 氧化物分隔成独立的部分 因此 CaO 前面的系数并不能包括后面的 SiO2 答案 4 5 6 2CaO SiO2 3CaO SiO2 3CaO Al2O3 例题 2 氮化硅 Si3N4 是一种非氧化物高温陶瓷结构材料 粉末状的 Si3N4可以由 SiCl4蒸 气和 NH3气体混合物制取 粉末状的 Si3N4对空气和水都不稳定 但是 将粉末状的 Si3N4 和适量的 MgO 在 230 1 01 105Pa 和 185 的密闭容器中热处理 可以得到结构十分紧密 对空气和水相当稳定的固体材料 写出由 SiCl4和 NH3制备 Si3N4的化学方程式 分别写出粉末状的 Si3N4和 H2O 及 O2反应的方程式 为什么结构紧密的固体 Si3N4不再受水和 O2的侵蚀 解析 SiCl4和 NH3反应 生成 Si3N4 其中 Si N 的化合价均未变 所以另一产物应为 HCl Si3N4和 H2O 反应时 Si N 键要向 Si O 键转化 生成稳定的 SiO2和 N2 Si3N4 与 MgO 在密闭容器中热处理后 使 Si3N4表面形成一层 SiO2保护层 阻止了 Si3N4继续受空 气中的 O2和 H2O 的侵蚀 答案 3SiCl4 4NH3 Si3N4 1