课题1无机非金属材料.docx

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1、选彳t 2 人教版第三单元 课题1无机非金属材料课前预习一、传统硅酸盐材料1 .传统硅酸盐材料的特点传统硅酸盐材料一般是以黏土、石英、钾长石、钠长石等为原料生产的,这些原料一般都含 有SiO44 ,空间结构为四面公结构的特殊性决定硅酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、 熔点而：难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。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。2 .陶瓷(1)制造陶瓷的主要原料：黏土。(2)制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成品陶瓷器。(3)种类(根据原料、烧制温度划分)：士提也久瓷提等。3 .玻璃(1)主要生产原料：石英砂、石灰石、纯碱。(2)反

2、应原理(用化学反应方程式表示)：NazCO3+ SiO2=Na2SiO3+ CO?J ;CaCO3+ SiO2=CaSiO3+ CO2 T。(3)主要工序：热熔、澄清、成型和缓冷。(4)普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSjOi和SiO2熔合在一起而形成的玻璃态物质。4 .水泥(普通硅酸盐水泥)(1)主要生产原料：石灰石、黏土a辅助原料。(2)普通水泥的成分：硅酸二钙 (3CaO SiO2)、祚酸二钙(2CaO SiO2)、铝酸二钙(3CaO AQO3)和铁铝酸钙(4CaOAl2O3 FegOg)等。(3)生产过程:石灰石 黏土按比例混合生包生科磨细 煨烧 、一rj 熟料回转缶磨粉加石膏水泥

3、。(4)特性：水硬性。即可以在空气和水中硬化。(5)用途：水泥砂浆：水泥、沙子和水的湿合物混凝土：水处 沙子和碎石的混合物。【思考讨论】1 .玻璃为什么能被人工吹制成各种形状？答案 玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内 逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成各种形状的制品。2 .水泥在储存和运输过程中应注意什么？答案 由于水泥具有很强的吸水能力，能吸收空气中的水分并与之发生化学反应，故储存和 运输过程中要注意防水、防潮。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Si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(1)碳化硅(金刚砂)陶

4、瓷特性：硬度山化学性质稳定.耐 2_000_C的高温.可作航天器的涂层材料。工业上制取碳化硅的反应方程式：SiO2+3C=90=5 SiC+2COl 0(2)氮化硅陶瓷特性与用途：熔点高硬度大、化学性质稳定、在高温时仍可保持室温时的强度和硬度、可用于制造轴承、汽轮机叶片和发动机受热面等。制取氮化硅(Si3N4)的反应式。3Si-2X,1 300 XSi,a.高温 .b.2% -6H7 Si. + lgHCl.2 .单晶硅硅是目前半导体工业最重要的基础材料，具导电特性对杂质十分敏感,必须首先制备高纯度 的硅。高纯度硅制备的主要反应:I 6a Si4), - 2C- - Si + ZCO25g30

5、0 V3 HCI - - -Sl I CL 十 HCu粉进A闫粉J1 IM -1Si-SHCl3.石墨、金刚石和C60金刚石的制备方法: 石墨转变成金刚石的生产条件：1 3001 400 C、6X1067X106 kPa、Fe、Co、Ni等作催化学气相沉积法制造金刚石薄膜。CH1电金刚石)+2H-原理:1基体湍心气、林有气体市加？(2)碳单质的发展前景 国 可能成为新型贮氢材料。K3c60具有超导性、可开发出高温超导材料。碳纳米管具有更大的韧性。【思考讨论】单质硅和碳化硅都具有与金刚石相似的结构。试从原子半径大小角度比较它们的熔点高低。答案 由于键长大小顺序为：Si-SiC-SiC-C,所以熔

6、点顺序为：金刚石碳化硅晶 体硅。新课程探究一、硅酸盐材料的结构特点和组成1 硅酸盐材料的结构硅酸盐材料的性质是由硅酸盐中SiO44一结构的特殊性(硅氧四面体互联结构)所决定的，硅氧 四面体及其互联结构的示意图所示。2 硅酸盐的两种书写方式由于硅酸盐的种类多，结构复杂，表示它们的组成较复杂，除简单的硅酸盐如Na2SiO3 等用盐的形式表示外，绝大多数常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示。把硅酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式的方法是：xMO nSi02 mH2O,其中MO表示金属氧化物，x、n、m 均由组成中有关原子的个数决定。 注意 (1)氧化物的顺序：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧

7、化硅、水；(2)氧化物之间用“ 隔开；(3)氧化物前的化学计量数仅代表该氧化物本身；(4)化学计量数应为整数。【例1】 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化 作用是指矿物与水和CO2作用的过程。例如，钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土 Al 2Si2O5(OH)4,此反应的离子方程式为2KAlSi 3。8 + 2H2CO3+ 5H2O=2K+ + 2HCO3 +4H2SiO3+Al2Si2O5(OH)4。(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：KAlSi 3。8。 Al2Si2O5(OH)4。(2)这个反应能够发生的原因是 答案 (1)K2O AI2O3

8、 6SiO2 AI2O3 2SiO2 2H2O (2)H2CO3 的酸性比 H2SQ3 的酸性强变式1青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆” “色白花青的锦鲤跃然于碗 底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为 硅酸盐，如蓝紫色为硅酸铜钢(BaCuSi2Ox,铜为+2价)，下列关于硅酸铜钢的说法不正确的 是()A.可用氧化物形式表示为 BaO CuO 2SiO2B .性质稳定，不易脱色C.易溶解于强酸和强碱D . x等于6答案 C二、几种常见硅酸盐产品1 .水泥、玻璃、陶瓷的比较硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷主要设备水泥回转窑玻璃熔炉原料石灰石和黏土纯碱、石

9、灰石、石英砂黏土反应原理复杂的物理、化学变化Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3+CO2 TCaCO3+ SiO2与迎-CaSiO3+CO2 T复杂的物理、化学变化主要成分2CaO- SiO3CaO- SiO3CaO- A2O3Na2O- CaO- 6S2O种类不同标号，标号 越大性能越好普通玻璃、特种玻璃，典 困典 咨典|砌f八 儿命、拓百等特性水硬性非晶体，无固定熔点，在 一定温度范围内软化，可 制成各种形状抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体2 .陶器和瓷器的主要差别陶器近火 与命原材料陶器烧制的原料是黏土瓷器烧制的原料为高岭土等矿物原料烧制温度陶器的烧制温度一般在8001 000

10、c瓷器的烧制温度约在1 200 c左右质地陶器质地疏松，有f吸水性瓷器质地密实，不透水【例2】 根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是（）原料一定是含硅元素的物质生成物是硅酸盐 反应条件是高温 发生复杂的物理、化学反应A .B.C.D.答案 D变式2下列有关传统硅酸盐材料说法不正确的是（）A.生产普通玻璃和普通水泥的原料中都含有石灰石B.玻璃加热熔化时有固定的熔点C.生产陶瓷的原料主要为硅酸盐D.玻璃的成分中含有SiO2,不能用带磨砂玻璃塞的试剂瓶盛放烧碱答案 B三、新型无机非金属材料1 .新型无机非金属材料的特征（1）能承受高温，强度高；（2）具有电学特征；

11、（3）具有光学特征；（4）具有生物功能。2 .碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷的综合比较碳化硅（SiC）陶瓷氮化硅（Si3N4）陶瓷性能特点硬度高，可耐2 000 c的高温， 后较高的强度，化学性质稳定， 耐腐蚀性强是一种超硬物质，本身具有润滑 性，并且耐磨损，除氢氟酸外， 不与其他无机酸反应，抗腐蚀能 力强，高温时也能抗氧化。而且 它还能抵抗冷热冲击，在空气中 加热到1 000 c以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂主要用途高温耐蚀部件、研磨盘、密封环、 研磨介质、防弹板、航天器的涂 层材料等轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件、发动机受热面等制造方法将二氧化硅与焦炭在电炉中加热至1 9

12、00 c以上可制得碳化硅 1 900 C3C+ SiO2 = SiC +2COT将高纯硅与纯氮气加热至1 300 c可制得氮化硅3Si +1 3002N2I= =Si3N4,也可用化学 气相沉积法，在氢气保护下，使 SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉 积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4层 3SiCl4+2N2+高温6H2=Si3N4+12HCl【例3】 某新型无机非金属材料 A由两种非金属元素组成，其中所含元素的化合价为其最 高正价或最低负价，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征。A可由化合物B经下列反应制得：B + NH3CC的化学式为Si(NH2)4；C经隔

13、绝空气 高温分解得到Ao为探究B的组成，进行了下图所示的转化实验，图中 G、F、H均为难溶于 水的物质，且为白色粉末，图中其他字母代表的均为中学化学常见的物质。J国忆J cl(H 溶液 II请回答下列问题：写出化合物B和化合物G的化学式 。(2)A可能所属的晶体类型是 ,在A晶体中，每个显正价原子周围结合的另一种原子 的个数是-(3)写出反应的离子方程式： 写出C经隔绝空气高温分解得到A的化学方程式：(5)分析反应，你能得出的结论是 合理即可_()答 案 (1)SiCl4 AgCl (2) 原 子 晶 体 4 (3)SiO2 2OH =SiO 32 H2O (4)3Si(NH2)4=工=侬=3

14、巾+ 8NH3 T (5)H2CO3的酸性比H2SQ3强(或碳的非金属性 比硅强等 )变式 3 新型陶瓷因具有光、电、磁、生物学和化学等方面新的特性和功能，越来越受到人们的青睐。(1)氮化硅是一种高温结构陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮气在1 300 时反应获得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是(M序号)。A 制汽轮机叶片B 制有色玻璃C 制永久性模具D 制造柴油机写出 N 的原子结构示意图 ，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式：。氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式： 现用四氯化硅和氮气、氢

15、气在加强热的条件下发生反应，可得较高纯度的氮化硅，同时生成 HCl ，反应的化学方程式为： (2)磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的(填序号) 。A 耐高温特性 B 电学特性D 生物功能C 光学特性Si3N4答案 （1）ACD Si3N4+ 12HF=3SiF4 T + 4NH3 T高温 3SiCl4 2N2 6H2=Si3N4 12HCl(2)D课堂检测1 下列物质中属于纯净物的是()A. Na2CO3 10H2OB.水泥C 纯净的盐酸D 普通玻璃答案 A2美丽的大自然蕴藏着丰富的矿产资源。钻石是经过琢磨的金刚石，下列说法中正确的是()A 金刚石比

16、石墨的硬度高B.金刚石是一种金属单质C 金刚石是可再生资源D 在金刚石被琢磨成钻石的过程中，金刚石发生了化学变化答案 A3 .材料与化学切相关，表中对应关系错误的是 ()选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅答案 A4 .下列对材料的特性及用途的叙述不正确的是 ()A.氧化铝陶瓷具有两性，因此用来制造人造牙齿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答案 A5.据科学时报报道，一项名为“陶瓷耐高温大红色釉的研究”课题通过了国

17、家12位陶瓷色釉专家参加的技术鉴定，至此国际陶瓷工艺界无法高温(1 2001 300 C)烧制大红色釉的历史正式宣告结束。下列名称与陶瓷有关的是 (W序号)。宜兴景德镇秦兵马俑china黏土(2)陶瓷分为陶器和瓷器，二者尽管都用黏土作为原料，但在原料的纯度上要求不同，其中需要纯净高岭土的是 ;二者都需要在高温下进行烧制，但具有的温度不同， 烧制的温度要求更高；二者的制作工艺相差不大，一般需要经过制泥一干燥一冷却。(3)唐三彩属于彩陶，彩陶是在陶瓷坯体上涂有掺杂重金属离子的釉料，而且烧制时通入不同的空气量，即便掺杂的是同一种金属离子，颜色也不同。用铁元素在高温时的变化说明烧制成红色陶瓷的原理： (4)高岭土又叫瓷土，主要由高岭石的微小晶体组成， 因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名，是制造瓷器的优良原料，具组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y,其中y10时，x=。答案(1)(2)瓷器瓷器 成型 烧结(3)在过量空气和高温的条件下，铁元素生成的多为3 价的氧化铁(4)1