高中化学 第3单元 课题1《无机非金属材料》课件（新人教版选修2）.ppt

课题1无机非金属材料1了解水泥、玻璃、陶瓷生产的原理，对无机非金属材料有大致印象。2认识化学在现代社会、现代科技中的重要作用。3了解几种新型无机非金属材料。一、传统硅酸盐材料1传统硅酸盐工业(1)概念：以 为原料，经加热制成 产品的工业叫做硅酸盐工业。如制造 、等产品的工业。(2)特点：强，高，熔点高，溶于水，绝缘，耐腐蚀等。硅酸盐或硅的氧化物硅酸盐或硅的氧化物硅酸盐硅酸盐水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷稳定性稳定性硬度硬度难难2陶瓷(1)制造陶瓷的主要原料：。(2)制造陶瓷的一般过程：、成品陶瓷器。(3)种 类(根 据 原 料、烧 制 温 度 划 分)：、。黏土黏土混合混合成型成型干燥干燥烧结烧结土器土器炻器炻器冷却冷却冷却冷却3玻璃(1)主要生产原料：、。(2)反应原理(用化学反应方程式表示)：；。(3)主要工序：、和 。(4)普通玻璃的成分：、和SiO2熔合在一起而形成的玻璃态物质。石英砂石英砂石灰石石灰石纯碱纯碱热熔热熔澄清澄清成型成型缓冷缓冷Na2SiO3CaSiO34水泥(普通硅酸盐水泥)(1)主要生产原料：和 。(2)普通水泥的成分：、和 等。(4)特性：水硬性。即可以在 硬化。石灰石石灰石黏土黏土硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸钙铁铝酸钙空气和水中空气和水中二、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)碳化硅陶瓷特性：硬度 ，化学性质 ，耐 ，可作航天器的涂层材料。工业上制取碳化硅的反应方程式：SiO23CSiC2CO。Si和和O高高稳定稳定2_000_的高温的高温(2)氮化硅陶瓷特性与用途：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。制取氮化硅(Si3N4)的反应式a ；b 。高高大大稳定稳定轴承轴承汽轮机叶片汽轮机叶片发动机受热面发动机受热面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 ；。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，二者的转化属于化学变化。(3)气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为：。石墨石墨金刚石金刚石C60 一、硅酸盐及传统无机非金属材料硅酸盐组成复杂表达形式通常有哪几种？师生互动【提示】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：xMOnSiO2mH2O如果有(OH)n时，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。复杂硅酸盐改写成氧化物的顺序为碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水，一定要记住改写的顺序。传统硅酸盐材料的主要原料是什么？常见的传统硅酸盐材料有哪几种？师生互动【提示】(1)传统硅酸盐材料的原料：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，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：稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等。如何得到钢化玻璃？钢化玻璃有何优点？师生互动【提示】把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。玻璃易被碱腐蚀，为什么还可用玻璃试剂瓶盛放碱液？师生互动【提示】进行磨砂处理的玻璃，在常温下极易被强碱或强碱性物质腐蚀。未进行磨砂处理的玻璃在常温下极耐碱，在高温下不耐碱。因此盛装NaOH等强碱可用玻璃瓶，但此瓶不能用磨砂玻璃塞；加热熔化NaOH等强碱时，不能用玻璃试管或瓷坩埚，通常用铁坩埚。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C D【答案】B【点评】本题主要考查生产玻璃的原料及有关化学反应。1.某硅酸盐化学式为Mg2Si3O8nH2O，试用氧化物形式表示其组成，并写出其与盐酸反应的化学方程式。【解析】按Mg、Si原子个数写出其氧化物，配平时，遵循原子守恒原则。按照金属氢化物与盐酸反应生成金属氯化物的格式书写产物，硅酸盐中的Si用硅酸表示产物。由H原子数判断生成H2O的化学计量数为(2n46)/2n1。【答 案】氧 化 物 表 示 式：2MgO3SiO2nH2O，与盐酸反应的化学方程式：Mg2Si3O8nH2O4HCl=2MgCl23H2SiO3(n1)H2O二、新型无机非金属材料常见新型无机非金属材料有几类？学生交流【提示】新型无机非金属材料有何特点？师生互动【提示】特点特点举举例例耐高温、耐高温、强度高强度高氮化硅氮化硅(Si3N4)在在1 200 下仍具高强度，可做轴下仍具高强度，可做轴承、永久性模具承、永久性模具电学特性电学特性如半导体、导体、超导体及作为集成电路基板的如半导体、导体、超导体及作为集成电路基板的绝缘材料绝缘材料光学特性光学特性某些新型材料能够穿过红外线、雷达射线，甚至某些新型材料能够穿过红外线、雷达射线，甚至可见光都可透过可见光都可透过生物功能生物功能如氧化锆如氧化锆(ZrO2)陶瓷可制作人造骨、假牙，股关陶瓷可制作人造骨、假牙，股关节等；用熔融法制得的以节等；用熔融法制得的以CaONa2OSiO2P2O5为主要成分的生物陶瓷可以制作人造骨为主要成分的生物陶瓷可以制作人造骨新型陶瓷材料是否是陶瓷？学生交流【提示】新型陶瓷材料从化学组成上来看已经不属于传统硅酸盐陶瓷材料了，只是它们多数也具有一般硅酸盐材料的耐高温、强度高、耐腐蚀的特性，并且从外观上与传统的硅酸盐陶瓷一样不具有金属光泽，都属于脆性材料，容易碎裂等。广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广义定义来看仍然属于陶瓷材料。【归纳小结】碳、硅结构的特殊性碳和硅分别处在元素周期表A族的第二周期、第三周期。碳原子的核外有2个电子层，最外层上有4个电子；硅原子的核外有3个电子层，最外层上有4个电子。原子结构的相似，决定了元素性质的相似。碳和硅都是非金属元素，主要化合价为十4价，形成的化学键通常是共价键，化学性质通常比较稳定。原子结构的相似，决定了元素单质的结构的相似。金刚石晶体(碳的单质之一)和晶体硅(硅的单质之一)的结构很相似(上图是金刚石晶体结构示意图)。由碳和硅化合而成的碳化硅(SiC)也跟金刚石、晶体硅的结构相似相邻的原子以共价键结合成为正四面体，一个个的正四面体以共价键互联并向四面八方扩展形成了立体网状结构。内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体叫做晶体。晶体的类型包括原子晶体、离子晶体、金属晶体和分子晶体。金刚石晶体和单质硅晶体都是原子晶体。原子之间以共价键相互结合而成的立体网状结构的晶体叫做原子晶体。由于共价键强度大，空间网状结构稳定性强，所以原子晶体硬度很大、熔点和沸点都很高，化学性质相对稳定。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】A【点评】新型无机非金属材料是人们根据生活的需要，利用先进的科学技术，由无机物研制出的一些具有特殊结构、特殊功能的新材料。理解这一概念须注意以下几点：(1)新型无机非金属材料属于无机物；(2)新型无机非金属材料是高科技产品；(3)新型无机非金属材料具有特殊结构、特殊功能。2.碳纳米管是由一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料制成，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途叙述不正确的是()A用它可做成攀登月球的“太空天梯”B能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题C作为优秀的绝缘材料D制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力【解析】由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点，所以它可以制成强度很大、质量较小的绳索，做成攀登月球的“太空天梯”；又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，所以在管体内可以安全地储存氢气；它是由一层碳原子卷曲而成的管体，因而可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体，所以它应像石墨一样能够导电，可以用于制造电器部件。【答案】C2008年7月2426日，中国力学学会、中国复合材料学会、中国航空学会、中国宇航学会在哈尔滨市联合召开了第十五届全国复合材料学术会议(NCCM15)。本届会议主题是“新机遇，新发展，国产化与国际化”。我国著名材料科学家、两院院士师昌绪就提高性能，让复合材料“上天”“入地”“下海”，降低成本之关键在于推广应用，特别关注复合材料全寿命成本、节能等重要问题做了意义深远的讲话。会议特邀嘉宾从先进复合材料领域的不同方向做了内容精彩的7个专题报告。其中岳清瑞研究员题为高性能纤维增强复合材料与现代土木工程中的应用的报告，介绍了该技术的发展现状和趋势，随着我国国民经济发展的步伐以及“512汶川大地震”灾后重建的迫切需求，复合材料及其在建筑工程领域应用技术将会不断取得更大的成果，造福于民。思考：如何理解复合材料？提示：复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料。复合材料由连续相的基体和被基体包容的相增强体组成，如玻璃钢就是由玻璃纤维做增强体，合成树脂做基体的复合材料。1(2009年广东高考)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABC D【解析】水晶饰物的主要成分是SiO2；利用制作光导纤维的材料是SiO2。【答案】C2(2009年重庆理综)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()【解析】A中金刚石的主要成分是碳，C中普通水泥由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成。【答案】A材料材料主要化学成分主要化学成分A刚刚玉、金玉、金刚刚石石三氧化二三氧化二铝铝B大理石、石灰石大理石、石灰石碳酸碳酸钙钙C普通水泥、普通玻璃普通水泥、普通玻璃硅酸硅酸盐盐D沙子、石英沙子、石英二氧化硅二氧化硅3(2010年江苏化学)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化【解析】该系统中存在太阳能、电能、机械能、化学能4种形式的能量转化，故A错；装置Y中负极的电极反应式为：H22e=2H，通过X装置产生O2和H2，故C正确；X，Y子系统理论上可以实现物质的零排放，但不能实现化学能与电能间的完全转化，D错。【答案】C4精细陶瓷(又称为特种陶瓷)在现代科技中的应用前景很广。用SiO2加少量PdCl2研磨成极细的颗粒，经高温烧结制成多孔烧结体，具有半导体的性质。它具有相当大的表面积，将它和电子组件及仪表组成“电子鼻”，被称为“人工神鼻”。冰箱泄漏的氟利昂浓度即使只有十万分之一，它也能“嗅”出。关于“电子鼻”的下列叙述中不正确的是()A“电子鼻”大大突破了人的嗅觉B“电子鼻”吸附气体的能力极强C“电子鼻”可广泛应用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警D“电子鼻”易溶于水【解析】“电子鼻”能够“嗅”到人嗅不到的物质，所以它大大突破了人的嗅觉极限；它的原理是其表面积极大，容易吸附气体，这样才能检测气体；由于它能够吸附气体，所以它能够检测到易燃、易爆、有毒气体。从“电子鼻”所用的原料来看，烧结后的陶瓷应属于硅酸盐材料，所以应难溶于水。【答案】D5 已 知 某 一 硅 酸 盐 可 表 示 为Mga(Si4O10)(OH)b(其中a、b为正整数)，试回答：(1)a与 b应 满 足 的 关 系 是(写 表 达 式)_ _。(2)a能 否 等 于 2？_(填“能”“不 能”或“无法确定”)(3)a3的硅酸盐的表达式(以氧化物的形式表示)_。【解析】(1)根据化合价规则，可列式为：2a44210b，化简为2ab4。(2)令a2，则b0，故不能。(3)当 a 3时，b 2，Mga(Si4O10)(OH)b为Mg3(Si4O10)(OH)2，改写为氧化物的形式为3MgO4SiO2H2O。【答 案】(1)2a b 4(2)不 能(3)3MgO4SiO2H2O6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(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：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_。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_。(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)Na2SiO3与NH4Cl水解互相促进生成H2SiO3沉淀和NH3，离子反应方程式为SiO322NH4=H2SiO32NH3。同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全