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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。授课提示：对应学生用书第32页一、传统硅酸盐材料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，这些原料中一般都含有SiO44，空间结构为四面体，结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、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。1陶瓷：传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成；陶瓷种类很多，主要分为土器、炻器、瓷器等，原料及烧制温度是影响陶瓷品种和性能的
2、关键技术；陶瓷色彩丰富，这是釉料中含有的一些金属及其化合物，因发生不同的氧化还原反应，而形成不同的颜色。2玻璃：普通玻璃是以石英砂、石灰石和纯碱为主要原料，经过若干工序制成，它的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，制造过程中发生的主要反应是Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2、CaCO3SiO2CaSiO3CO2；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光学玻璃，化学实验中的仪器玻璃中含有B2O3，加入Co2O3可得蓝色玻璃。3水泥：普通硅酸盐水泥的生料是石灰石、黏土和辅助原料，在窑中煅烧得到熟料再配以适量的石膏及其他混合材料即得产品；水泥的主要成分是3CaOSi
3、O2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等。二、新型无机非金属材料1新型陶瓷：新型陶瓷突破了以Si和O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SiO23CSiC2CO；再如氮化硅，有多种制造方法(写出制备反应方程式)：(1)3Si2N2Si3N4；(2)3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。2单晶硅：高纯度硅制备的主要反应：(1)SiO22CSi2CO，(2)Si3HClSiHCl3H2，(3)SiHCl3H2Si3HCl。3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1_3001400_、6106_kPa7106_kPa、Fe、Co
4、、Ni等金属作催化剂；化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为CH4C(金刚石)2H2。C60材料是碳的另一类单质，类似约还有C70、C240、C540、C960等。C60可能成为新型贮氢材料，而K3C60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。授课提示：对应学生用书第33页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，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
5、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：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2 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主要成分硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOAl2O3)Na2SiO3、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
6、产和生活中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 BCD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
7、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()ABC D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：S
8、iO23CSiC2CO。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：3Si2N2Si3N4；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。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：SiO22CSi2CO。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
9、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：Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl。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 400 、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：CH4C(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。19
10、91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：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
11、两个化学反应方程式：_；_。(3)写出由纯SiHCl3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
12、为抛光液抛光单晶硅解析(1)C还原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=2MgCl2SiH4SiH4Si2H2(3)SiHCl3H2=Si3HCl(4)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2Si被氧化成SiO2而得不到Si单质，
