人教版高中化学选修2第15课时《新型无机非金属材料》导学案学案【学习目标】1.了解新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的区别。
2.了解高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。
【重点难点】高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。
课前预习【情景材料】材料是人类生活必不可少的物质基础。
材料的发展史就是一部人类文明史。
没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的信息技术；没有特殊的新型材料，神州八号飞船就无法上天。
可见，科技的发展和社会的进步往往受到材料的制约。
反过来，一种新材料的发现可能回给社会带来革命性的变化。
新材料在不断涌现如1985年发现了足球烯。
旧材料的功能也在拓展，如石英早就存在，石英钟的普及却是近几年的事，光导纤维使玻璃“老爷爷”又焕发了青春。
【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：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①特性：硬度，化学性质，耐，可作航天器的涂层材料。
②工业上制取碳化硅的反应方程式：。
(2)氮化硅陶瓷①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。
②制取氮化硅(Si3N4)的反应式a．；b．。
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①；②。
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，二者的转化属于变化。
(3)气相沉积法制造金刚石薄膜的原理为： 。
⑷20世界80年代，又发现了碳的另一类单质，是由一系列 个碳原子组成的分子， 如 ，其中 最具代表性，在锂、液氨和正丁醇溶液中，C 60 可与氢加成得到 和 ，C 60可能成为新型 材料，K 3C 60 具有 性，可开发出高温 材料。
C 60 将在 材料和 元器件的制造中有潜在的应用价值。
预习内容答案二、1.Si 和O 高 稳定 2000℃高温 SiO 2＋3C SiC ＋2CO↑高 大 稳定 轴承 汽轮机叶片 发动机受热面3Si ＋2N 2Si 3N 4 3SiCl 4＋2N 2＋6H 2Si 3N 4＋12HCl 2.SiO 2＋2C Si ＋2CO↑ Si ＋3HClSiHCl 3＋H 2 Si ＋3HCl SiHCl 3＋H 23.石墨>金刚石>C 60 化学CH 4――――――――――――→微波或直流放电基本温度950 ℃、氢气、稀有气体C(金刚石)＋2H 2 偶数 C 60 、C 70 、 C 240、C 540、C 960 C 60 C 60H 18 C 60H 36 超导 复合 纳米堂中互动【问题探究1】常见新型无机非金属材料有几类？【教师点拨】阅读教材P52～P55，找到标题就可以。
分析解答:【即学即练1】有关材料分类正确的是( )A.硅酸盐材料属于新型无机非金属材料B.高温结构陶瓷属于新型的无机非金属材料，金属属于金属材料，但都属于结构材料C.新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧化铝陶瓷等D.氮化硅属于新型无机非金属材料，但不是高温结构材料1.C 【解析】A 项中硅酸盐材料不是新型的材料，而是传统的材料；B 项金属中有些材料不是结构材料；D 项中氮化硅也是高温结构材料。
【问题探究2】新型无机非金属材料有何特点？【教师点拨】现代科技赋予陶瓷在光、电、磁、化学和生物学等方面新的特性和功能，半导体材料、耐高温陶瓷、磁性陶瓷、透明陶瓷、牛物陶瓷等在信息、能源、生物等高新技术领域+得到广泛的应用。
分析解答：．．．A.新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高B.光导纤维做通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便C.高温结构陶瓷比金属材料具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点D.光导纤维除用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理等许多方面2.B 【解析】 光导纤维的主要成分是二氧化硅，其性质稳定，耐腐蚀能力要比金属材料要强得多，所以，认为它怕腐蚀的说法是不正确的。
【问题探究3】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，因此，如何制备高纯度的硅？【教师点拨】阅读教材P53，找到答案就可以。
分析解答：石英砂――→焦炭高温粗硅――→HCl 573 K 以上SiHCl 3(粗)――→精馏SiHCl 3(纯)――→H 21 357 K高纯硅 【即学即练3】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(SiHCl 3)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――→HCl 573 K 以上SiHCl 3(粗)――→精馏SiHCl 3(纯)――→H 21 357 K高纯硅 ①写出由纯SiHCl 3制备高纯硅的化学反应方程式___________________________________ ________________________________________________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl 3遇水剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，写出配平的化学反应方程式______________________________________________； H 2还原SiHCl 3过程中若混入O 2，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.(1)①SiHCl 3＋H 2=====1 357 K Si ＋3HCl ②SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋3H Cl↑＋H 2↑ 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl 3 (2)ABC (3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成 解释：Na 2SiO 3和NH 4Cl 均能够水解，二者相互促进，Na 2SiO 3水解生成H 2SiO 3，NH 4Cl 水解产生NH 3。
【解析】(1)①根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl 3与H 2反应的化学方程式。
②SiHCl 3和H 2O 剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，分析它们化合价的变化可知，而Cl 的化合价未发生变化，因此另一种元素即H 元素的化合价必定降低，即另一种物质是H 2。
(2)碳化硅、氮化硅为原子晶体，则A 、B 、C 都正确；D 中玻璃没有固定的熔点，盐酸不能与硅反应，而HCl 在573 K 以上的温度下可与硅发生反应。
因此E 不正确。
练案A 组（课堂反馈 满分50分）一、选择题（每小题5分，共35分）1.下列说法正确的是( )A ．硅材料广泛应用于光纤通讯B ．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C ．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D ．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应1.A 【解析】B 项工艺师应利用氢氟酸；C 项中水晶→SiO 2；D 项中粗硅制备单晶硅的反应有：Si ＋2Cl 2=====△SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====△Si ＋4HCl 。
2.对于化学方程式SiO 2＋3C=====高温SiC ＋2CO↑，有关叙述正确的是( )A.反应中SiO 2是氧化剂，C 是还原剂B.硅元素被还原了，碳元素被氧化了C.在反应中C 只作还原剂D.在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶22.D 【解析】双线桥法表示反应中电子转移的方向及数目如下：，反应中只有C 元素化合价改变，因此碳在反应中既是氧化剂，又是还原剂，且n (氧化剂)∶n (还原剂)＝1∶2。
3. 20世纪80年代，人们发现了碳的另一类单质，它们是由一系列偶数个碳原子组成的分子，其中C 60(足球烯，1个分子中含30个双键)最具代表性。
如图为n 个C 60连接而成的物质X 。
下列有关说法不正确．．．的是()A.X 难溶于水B.X 是高分子化合物C.一定条件下X 可与H 2发生加成反应D.X 的摩尔质量为720n g·mol -13.B 【解析】可知X 是碳的单质，A 正确，B 错误；由题干信息“足球烯，1个分子中含30个双键”可知，X 可与H 2发生加成反应，C 正确；由题干信息X 由n 个C 60连接而成可知，X的摩尔质量为 720n g·mol -1，D 正确。
4.制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常用以下反应实现：①Si(s)＋3HCl(g)=====300℃SiHCl 3(g)＋H 2(g)；ΔH ＝－381 kJ·mol －1②SiHCl 3＋H 2=====1 000～1 100℃Si ＋3HCl对上述两个反应的叙述中，错误的是( )A.两个反应都是置换反应B.反应②是吸热反应C.两个反应互为可逆反应D.两个反应都是氧化还原反应4.C 【解析】①②是逆向进行的反应，①放热反应，②必然是吸热反应，①②进行条件不一样，不能称为可逆反应。
5.下列材料的特性及用途说法错误的是( )A.氧化铝陶瓷具有两性，不可用来制造人造牙齿B.氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C.光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料D.压电陶瓷十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用来制压电地震仪5.A 【解析】对常见新型无机非金属材料的性能及用途应作了解。
特性：能耐高温、强度高，具有电学特性，光学特性，具有生物功能。
Al 2O 3具有两性，可与酸、碱反应，牙齿经常接触酸性物质，但氧化铝陶瓷性质相当稳定，酸碱很难将其腐蚀，且氧化铝制成的假牙与天然牙齿十分接近，选项A 说法错误。
6.下列表述正确的是( )①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A.①②③B.②④C.③④⑤D.③⑤6.D 【解析】解析：本题主要考查硅及其化合物的具体应用。